Materialien für die selektive und nachhaltige Entfernung von Kohlenwasserstoffen aus Wasser

• Antragsteller: Professor Dr. Marcus Halik
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430901937

Ziel des Projektes ist die Herstellung und Untersuchung einer neuen Klasse von hocheffizienten nicht-toxischen Materialien zur Behandlung von Abwässern, welche mit Kohlenwasserstoffen (KWs) verunreinigt sind. Kernpunkt bildet das Design der Materialien, welches die effiziente Adsorption von verschiedenen KWs mit einstellbarer Präferenz bezüglich ihrer chemischen Struktur erlauben soll (z.B. Alkane, Aromaten, Heteroaromaten und funktionalisierte KWs). Diese präferierte Adsorption soll durch spezielle funktionale Moleküle realisiert werden, die stabile und definierte selbstorganisierte Monolagen auf magnetischen Nanopartikeloberflächen ausbilden. Die Wechselwirkungen zu den KWs, die durch die Funktionalität der Moleküle auf der Partikeloberfläche definiert wird, sind bevorzugt nichtkovalenter Natur (z.B. van-der-Waals, Wasserstoffbrückenbindungen, Dipol- oder -Wechselwirkungen). Erste Untersuchungen an einfachen Systemen zeigen, dass so eine adsorbierte erweiterte Hülle entsteht (Kern-Hülle NP plus KWs), bei denen die erweiterte KW-Hülle ein Vielfaches des Gewichts des Kern-Hülle Partikels ausmacht. Die Tatsache, dass der NP-Kern magnetisch ist, ermöglicht eine einfache Sammlung der adsorbierten KWs durch Anlegen eines externen Magnetfeldes. Die Tatsache, dass die KWs der erweiterten Hülle nichtkovalent an die Partikeloberfläche gebunden sind, ermöglicht prinzipiell eine einfache Abtrennung der KWs von den Kern-Hülle-Materialien und so deren Wiederverwendung. Somit sollte unser System nicht nur effizient und spezifisch sein, sondern auch für eine zyklische und somit nachhaltige Nutzung geeignet sein. Wir erwarten von unseren Forschungen neue Einsichten in den Aufbau und die Funktion von Kern-Hülle Nanopartikeln, speziell von Systemen mit gemischten Hülle-Oberflächen definierter binärer, ternärer oder quaternärer Zusammensetzung. Unser System bietet die perfekte Voraussetzung um selbst orthogonale Funktionen auf Partikeloberflächen als gemischte Monolage abzubilden und deren konzertierte Wechselwirkungen mit chemischen Verbindungen in wässriger Matrix zu studieren. Wir erhoffen uns von diesen Arbeiten, neue Designkonzepte für die Realisierung definierter invertierter Mizellen, welche aus vielen verschiedenen Molekülen aufgebaut sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen