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Dienstag, 22.08.2017
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Nanoschwamm als Schwermetall-Filter

Neuartiger Filterschwamm zieht billig, schnell und effektiv Metalle aus dem Wasser

Effektiv und auswaschbar: Forscher haben eine verblüffend simple und effektive Lösung gefunden, um Trinkwasser von Schwermetallen zu reinigen. Ihr Filterschwamm aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Quarzfasern bindet in kürzester Zeit 99 Prozent aller Metalle. Fünf Liter Wasser reinigt er so in weniger als einer Minute. Der Clou dabei: Mit Essig ausspülen reicht, um den Schwamm wieder aufs Neue einsatzbereit zu machen.
Wie schwarze Watte sieht die mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen überzogene Quarzwolle aus - das Ganze ist ein effektiver Wasserfilter.

Wie schwarze Watte sieht die mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen überzogene Quarzwolle aus - das Ganze ist ein effektiver Wasserfilter.

Sauberes Wasser ist in vielen Regionen der Erde keine Selbstverständlichkeit – selbst bei uns hapert es damit. So schwemmen Abwässer von Industrieanlagen, Lecks in Giftschlamm-Gruben oder Kliniken Schwermetalle in Flüsse oder das Grundwasser. Im Meerwasser bereiten vor allem steigende Konzentrationen von Quecksilber Sorgen. Das Problem: Gerade diese Metalle lassen sich oft nur schwer aus dem Wasser entfernen.

Nanoröhrchen auf Quarzwolle


Eine simple Lösung dafür könnte jetzt ein Team um Perry Alagappan von der Rice University in Houston gefunden haben. Denn sie haben einen Filterschwamm entwickelt, der schnell und effektiv Blei, Kupfer Quecksilber und Co aus dem Wasser entfernt – und der noch dazu einfach wiederverwendbar ist.

Das Grundgerüst des Filterschwamms bildet Quarzwolle – ein watteartiges Gewirr aus zwölf Mikrometer dünnen Siliziumdioxid-Fasern. Auf diesen Fasern lassen die Forscher Kohlenstoff-Nanoröhrchen wachsen. Diese Nanotubes werden dann epoxidiert: Eine oxidierende Säure ersetzt einige Kohlenstoffatome durch Sauerstoff und verleiht den Nanotubes dadurch viele hochreaktive potenzielle Ansatzstellen für Metallionen.


Ein Gramm Schwamm – 83.000 Liter Wasser


Um nun Wasser von Schwermetallen zu reinigen, reicht es, das Wasser durch diesen Filterschwamm zu leiten: Die Nanoröhrchen-Schwämme absorbierten im Experiment jeweils mehr als 99 Prozent des im Wasser enthaltenen Kadmiums, Kobalts, Bleis, Quecksilbers, Kupfers oder Nickels, wie die Forscher berichten. Fünf Liter Wasser wurden so innerhalb von weniger als einer Minute gereinigt.

Winzige Fädchen: Nanoröhrchen auf Quarzfasern

Winzige Fädchen: Nanoröhrchen auf Quarzfasern

"Ein Gramm dieses Schwammmaterials kann 581 Milligramm Schwermetalle aufnehmen", berichten die Forscher. "Bei einer Kontamination mit 0,01 Milligramm Metall pro Liter, wie es beispielsweise für Brunnen in Südafrika berichtet wurde, könnte man damit 83.000 Liter Wasser trinkbar machen." Ein Gramm Schwammmaterial wäre demnach genug, um 11.000 Menschen mit sauberem Wasser zu versorgen.

Essig macht Filter wieder fit


Der Clou aber: Selbst wenn der Schwamm die maximale Menge an Schwermetallen aufgenommen hat, lässt er sich ganz simpel wieder reinigen und wiederverwerten. Es reicht aus, ihn mit Essig zu spülen. Dies spült die Metalle heraus und macht die Nanoröhrchen wieder anziehend für die nächste Ladung. "Jede Kultur auf diesem Planeten weiß, wie man Essig herstellt", sagt Koautor Andrew Barron. Daher ließe sich der Schwamm selbst in Entwicklungsländern problemlos einsetzen.

Hinzu kommt: Der Filterschwamm ist billig. "Eine vorläufige Kostenanalyse zeigt, dass der Filter weniger als einen Vierteldollar pro Gramm kostet – Material und Herstellungskosten inklusive", so die Forscher. Und die mit dem Schwamm angereicherten Schwermetalle bringen sogar noch zusätzlich Geld – denn sie sind wertvolle Rohstoffe.

"Diese Filter könnte man problemlos in Dörfern entlegener Gebiete installieren und so große Wirkung erzielen", sagt Barron. "So wären aber auch geeignet, um Metalle beispielsweise aus Bergwerksabwässern zu extrahieren." (Scientific Reports, 2017; doi: 10.1038/s41598-017-06734-7)
(Rice University, 31.07.2017 - NPO)
 
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