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Materialien für die selektive und nachhaltige Entfernung von Kohlenwasserstoffen aus Wasser

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
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Wasser ist für das Leben auf der Erde unverzichtbar - doch die Versorgung mit sauberem Wasser ist gefährdet. Eine bedeutende Klasse von Verunreinigungen sind Kohlenwasserstoffe (KWs), einschließlich Öl und aller öl-basierten chemischen Folgeprodukte. Diese unterscheiden sich in ihrer chemischen Struktur, ihrem Molekulargewicht und ihren Eigenschaften. Das Konzept der magnetischen Wasserreinigung besteht darin, KW-Verunreinigungen magnetisch zu entfernen. KWs und ihre Derivate sind natürlich nicht magnetisch, aber sie können an der Oberfläche von magnetischen Trägern adsorbieren. Einmal gebunden, können die beladenen magnetischen Träger (super-paramagnetic iron oxide nanoparticles - SPIONs) mit Magneten aus dem Wasser entfernt werden. SPIONs haben ein großes Oberflächen- Volumen-Verhältnis von > 100 m2-g-1 auf und werden von externen Magnetfeldern effizient angezogen. Chemisch gesehen handelt es sich bei SPIONs um Eisenoxidpartikel mit einem Durchmesser von weniger als 30 nm - im Grunde sind sie also harmloser, preiswerter Rost. Im Rahmen des Projekts haben wir eine maßgeschneiderte Oberflächenfunktionalisierung von SPIONs entwickelt, die es ermöglicht, KWs effizient zu binden und aus dem Wasser zu entfernen - oder genauer gesagt, chemisch-molekulare Erkennungsmotive für bestimmte KW-Verunreinigungen zu implementieren. Das macht einfachen Rost zu "intelligentem Rost"! Wir haben SPIONs realisiert, die in der Lage sind, KWs vom niedermolekularem Hexan (Molekül mit sechs Kohlenstoffeinheiten) bis zum vernetztem Polyethylen (PE) Mikroplastik (Feststoff mit unendlich vielen Kohlenstoffeinheiten) zu entfernen. Neben einfachen alkylbasierten KWs [-CH2)n-] haben wir SPIONs entwickelt, die Mikro- und NanoPlastik unterschiedlicher Größe (100 nm - 100 µm) und chemischer Struktur (PS, PMMA, Melaminharz, PE) sowie geladene Derivate von aromatischen Verbindungen oder Tenside entfernen können. Basierend auf der geschaffenen umfangreichen Bibliothek neuartiger intelligenter SPIONs ist eine weitere Anpassung für andere Schadstoffklassen (z. B. Hormone) möglich. In Zusammenarbeit mit Gruppen unserer Universität und externen Partnern konnten wir ein grundlegendes Verständnis des Wirkprinzips der Wechselwirkung von Schadstoffen mit funktionalen SPION-Oberflächen erlangen und haben gezeigt, dass diese chemisch-molekularen Erkennungsmotive in hochselektiven Sensoren eingesetzt werden können. Zusätzlich zur effizienten Wasserreinigung haben wir uns mit dem Aspekt der Nachhaltigkeit unseres Konzepts/Materials befasst. Wir haben das vollständige Recycling von SPIONs und sogar ein Upcycling-Konzept aufgezeigt sowie ihre Ungiftigkeit nachgewiesen. Als Ergebnis des Projekts haben wir 9 von begutachtete OForschungsartikel veröffentlicht und durch Artikel, TV-Berichte oder öffentliche Veranstaltungen (z. B. Podiumsdiskussionen oder Seminare für Schüler) einen Beitrag zur wissenschaftlichen Kommunikation mit der Öffentlichkeit geleistet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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