FAU: Neue Methode zur Entfernung von Nano- und Mikroplastik aus Wasser

Schematische Darstellung der Nanoplastikpartikel und der „Spions“ und deren Agglomerate (oben) Fotos der magnetischen Entfernung – links: Nanoplastik Dispersion; mitte: nach Zugabe von „Spions“ und rechts: nach Anlegen eines Magneten - (adaptiert von MatToday).

Mikro- (1 mm-1 µm) und Nanoplastik (kleiner 1 µm) stellen omnipräsente und problematische Umweltbelastungen dar, für die gängige Reinigungskonzepte nicht anwendbar sind. Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) konnten nun zeigen, wie Plastikpartikel verschiedener Sorten und Größen mithilfe von Magneten aus dem Wasser entfernt werden können.

Hierzu setzten sie ungiftige, speziell beschichtete Eisenoxid-Nanopartikel, sogenannte „Spions“, ein, die sie gezielt für die Anbindung an Plastikoberflächen entwickelt haben. Die „Spions“ verklumpen mit den Plastikpartikel zu größeren Agglomeraten, die dann durch den Anteil an Eisenoxid sehr einfach magnetisch eingesammelt werden können.

Die Ergebnisse dieser Arbeiten wurden im Fachjournal Materials Today publiziert.

Mit „smartem Rost“ Plastik aus Wasser entfernen
In der aktuellen Studie zeigen die FAU-Forscher wie man Plastikpartikel verschiedener Sorten und Größen mithilfe ungiftiger, speziell beschichteter Eisenoxid-Nanopartikel einfach aus Wässern entfernen kann. Das FAU-Forscherteam um Prof. Marcus Halik (Department Werkstoffwissenschaften, Interdisziplinäres Zentrum für Nanostrukturierte Filme – IZNF) nutzten hierzu sogenannte „Spions“ (SuperParamagnetic Iron Oxid Nanoparticles).

Vereinfacht könnte man diese Materialien auch als „smarten Rost“ bezeichnen. Die oberflächenmodifizierten „Spions“, die mit ca. 30 nm Durchmesser deutlich kleiner sind als die untersuchten Plastikpartikel (100–970 nm), wechselwirken mit den Plastikpartikeln wie eine Art Kleber und verklumpen diese zu größeren Aggregaten. Diese Aggregate aus Nanoplastik und Eisenoxid lassen sich nunmehr sehr einfach durch einen Magneten aus dem Wasser entfernen.

Als bahnbrechend an diesem Konzept gilt, dass durch die Oberflächenfunktionalisierung die „Spions“ derart eingestellt werden, das bestimmte Plastiksorten bevorzugt anbinden. Dabei ist das Konzept so variabel, dass auch eine Breitband-Effizienz für Mischungen von Nanoplastik erreicht wird – wie sie auch in der Umwelt vorkommen.

Der wissenschaftliche Hintergrund dieser Wechselwirkungen, die hauptsächlich auf entgegengesetzten Oberflächenladungen der „Spions“ und der Plastikpartikel basieren, wurde in der Arbeitsgruppe von Prof. Halik von Marco Sarcletti umgesetzt und durch Experimente bestätigt. Durch Simulationen (AG Zahn) wurde dieses Konzept theoretisch untermauert und die Morphologie der Agglomerate detailliert untersucht.

Die Experimente liefern darüber hinaus deutliche Anzeichen dafür, dass durch die spezielle Struktur der Moleküle an der „Spion“-Oberflächen eine Selektivität zwischen Plastikpartikeln und anorganischen Sedimentpartikeln erreicht werden kann. Das ist entscheidend, weil somit natürliche Sedimente die Effektivität der Reinigung nicht mindern. In einer eigens für magnetische Nanopartikel entwickelten Teststrategie zeigten die Forscher, dass die verwendeten „Spions“ nicht toxisch sind (AG Alexiou). Auch dieser Befund ist fundamental für eine spätere praktische Anwendung.

Natürlich konnten mit dieser Studie nicht alle Fragen beantwortet werden, und kein technisches Verfahren ist geeignet, die gesamten 1,4 Mrd. Kubikkilometer Wasser auf der Erde von Mikro- und Nanoplastik zu reinigen, jedoch arbeitet das Team um Prof. Halik derzeit an einer technischen Umsetzung zur Skalierung der magnetischen Wasserreinigung. Ziel ist dabei den zukünftigen Eintrag, der im Wesentlichen über Flüsse erfolgt, zu minimieren.

Weitere Informationen: www.fau.de

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen-Nürnberg

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