Neue Methode zur Entfernung von Farbstoffen aus Abwässern

16.08.2022 - USA

Forscher der North Carolina State University haben nachgewiesen, dass ein synthetisches Polymer bestimmte Farbstoffe aus dem Wasser entfernen kann, und dass das Polymer wiedergewonnen und wiederverwendet werden kann. Die Ergebnisse bieten eine neue potenzielle Methode zur Reinigung von Abwässern nach der Verwendung in der Textil-, Kosmetik- oder anderen Industrien.

"Farbstoffe werden überall verwendet, auch in der Textilindustrie sowie in Arzneimitteln, Kosmetika, Papier, Leder und sogar in der Medizin", sagte Januka Budhathoki-Uprety, Hauptautorin eines Artikels über die Arbeit und Assistenzprofessorin für Textiltechnik, Chemie und Wissenschaft an der NC State. "Wenn diese Verunreinigungen nach dem Färben und Veredeln nicht ordnungsgemäß aus dem Abwasser entfernt werden, können sie eine bedeutende Quelle der Umweltverschmutzung darstellen und Risiken für die menschliche Gesundheit bergen.

In der Studie, die in ACS Applied Polymer Materials veröffentlicht wurde, stellten die Forscher ein synthetisches Polymer namens Polycarbodiimid her. Anschließend testeten sie die Fähigkeit des Materials, Abwasser zu reinigen, indem sie es zunächst in einem Lösungsmittel auflösten und dann mit Wasser mischten, das mit Farbstoffen verunreinigt war. Sie testeten die Polymerlösung mit einer Reihe von 20 anionischen Farbstoffen, auch Säurefarbstoffe genannt, die in der Textilindustrie verwendet werden. Zunächst prüften die Forscher in einem visuellen Test mit bloßem Auge, ob das Polymer funktionierte. Später bewerteten die Forscher mit Hilfe der UV-Vis-Spektroskopie, wie gut das Polymer den Farbstoff entfernte.

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"Wir haben die Polymerlösung und das mit dem Farbstoff kontaminierte Wasser gemischt, damit das Polymer in der Lösung den Farbstoff festhalten kann. Es handelt sich um eine zweiphasige Lösung, genau wie bei Öl und Wasser. Der Polymeranteil der Lösung haftet an den Farbstoffen", so Budhathoki-Uprety. "Dann konnten wir das saubere Wasser leicht von der kontaminierten Lösungsmischung trennen, indem wir es ablaufen ließen, ähnlich wie bei der Trennung von Wasser von einer Mischung aus Öl und Wasser."

Die Polymerlösung entfernte alle bis auf vier der 20 getesteten Säurefarbstoffe. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass sich das Polymer innerhalb von Minuten leicht zurückgewinnen ließ. Sie stellten fest, dass die Eigenschaften der Farbstoffe - in Verbindung mit ihren Molekularstrukturen - dazu beitrugen, ob das Polymer funktionierte oder nicht.

"Wir haben herausgefunden, dass die Polymerlösung Farbstoffe aus verunreinigtem Wasser entfernen kann, und wir können das Polymer zurückgewinnen und es erneut verwenden, um Farbstoffe aus verunreinigtem Wasser zu entfernen", sagte Budhathoki-Uprety.

Für künftige Studien planen die Forscher die Entwicklung einer Bibliothek von Polymeren, die mit weiteren Arten von Farbstoffen funktionieren könnten. Außerdem wollen sie einen praktischeren Mechanismus für die Verwendung von Polycarbodiimid zur Reinigung von Abwässern entwickeln.

"Wir arbeiten an der Entwicklung von Materialien, die die gleiche Arbeit leisten können, ohne dass das Polymer in der Lösungsphase verwendet werden muss", so Budhathoki-Uprety. "Wenn man einen Farbstoff verschüttet, möchte man keine brennbare Lösung verwenden, sondern ein festes Material, das leichter zu handhaben ist.

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