Spezialschwamm fängt giftige Metalle ein

21.07.2023

Innovation der Northwestern University ermöglicht sauberes Trinkwasser und Rohstoff für Batterien

Mit einem Spezialschwamm von Forschern der der Northwestern University lassen sich giftige Metalle und Halbmetalle wie Blei und Arsen aus ansonsten sauberem Wasser entfernen. Übrig bleibt hochwertiges Trinkwasser. Vinayak Dravid und sein Team haben hierzu einen bereits zuvor entwickelten mikroporösen Schwamm, der Öl nach Schiffsunfällen aufsaugt, modifiziert. "Wenn es eine Ölpest gibt, kann man das Öl mit unseren Schwämmen entfernen. Aber es bleiben Giftstoffe wie Quecksilber, Cadmium und Blei zurück", so Dravid.

Natürliches Material geht am besten

Das Team hat in einem ersten Versuch den Schwamm mit Nanopartikeln überzogen. Am besten funktionierte es mit Goethit, das die Forscher mit Manganatomen "verunreinigten". Goethit ist ein häufig vorkommendes natürliches Mineral, das zu den Eisenhydroxiden zählt, sich also aus Eisen-, Sauerstoff- und Wasserstoffatomen zusammensetzt.

Diese Nanopartikel sind nicht nur kostengünstig herzustellen, leicht verfügbar und für den Menschen ungiftig. Sie haben auch die Eigenschaften, die nötig sind, um Schwermetalle selektiv an sich zu binden. "Diese Nanopartikel haben große Oberflächen und somit reichlich Platz für die Adsorption von Metallionen. Zudem sind sie stabil, sodass sie viele Male wiederverwendet werden können", sagt Benjamin Shindel, Doktorand in Dravids Labor.

Erste Tests mit bleiverseuchtem Wasser

Die Wissenschaftler haben eine Suspension aus Mangan-dotierten Goethit-Nanopartikeln hergestellt, in die sie kommerziell erhältliche Zelluloseschwämme eintauchten. Die meisten hafteten fest an der Zellulose, die lockeren Partikel spülten sie mit Wasser ab. Die Beschichtungen sind nur zehn Nanometer dick.

Erste Tests fanden mit Wasser statt, das mit Blei-Ionen verseucht war. Nach der Behandlung blieben zwei ppb (Teilchen pro Mrd.) Blei zurück. Die US-Genehmigungsbehörde Food and Drug Administration lässt für Trinkwasser fünf ppb zu. Die eingefangenen Ionen lassen sich mit leicht angesäuertem Wasser auswaschen, sodass sich die Metalle wiederverwenden lassen. Auch nach mehreren Zyklen hatte der Schwamm noch einen Wirkungsgrad von 90 Prozent.

Dravid glaubt, dass sein Schwamm auch einen Beitrag zur Energiewende leisten kann, indem er Wertstoffe wie das seltene Kobalt aus Industrie- und Bergbauabwässern entfernt. Lithium-Ionen-Batterien lassen sich ohne dieses Element nicht herstellen.

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