Kompositmaterial für die Wasseraufbereitung

Frisches sauberes Wasser direkt aus dem Hahn – ein wahrer Luxus. In Entwicklungsländern bleibt Menschen oft keine Wahl, als kontaminierte Gewässer als Trinkwasserquelle zu nutzen. Wasserfilter sorgen für Abhilfe, denn sie können verunreinigtes Oberflächen- oder Grundwasser rasch in sicheres Trinkwasser verwandeln. Forscher stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt ein neuartiges multifunktionales Verbundmaterial vor, das anorganische, organische, radioaktive sowie mikrobielle Verunreinigungen aus Wasser entfernt.

Bei der Wasseraufbereitung werden üblicherweise mehrere Filter hintereinandergeschaltet, die jeweils für eine Schadstoffgruppe ausgelegt sind. Das neue Filtermaterial ist dagegen ein Allrounder. Die Wissenschaftler von den Universitäten Ulm und Zaragoza (Spanien) haben einen noch jungen Ansatz zum Design von Materialien aufgegriffen, mit dem sich molekulare Komponenten in multifunktionale Komposite zusammenfügen lassen – in Form sogenannter SILP-Materialien (geträgerte ionische Flüssigphasen, engl.: supported ionic liquid phases). Eine ionische Flüssigkeit ist ein Salz, das bereits bei Raumtemperatur als Schmelze vorliegt und damit flüssig ist, ohne in einem Lösungsmittel gelöst zu sein. Eine solche ionische Flüssigkeit wird an ein festes Substrat adsorbiert. Auf diese Weise entsteht ein festes Verbundmaterial, dessen Eigenschaften durch chemische Modifikationen jeder einzelnen Komponente gezielt eingestellt werden können.

Die Forscher um Scott G. Mitchell und Carsten Streb stellten jetzt erstmals SILPs auf der Basis von Polyoxometallaten (POM) her. POM sind molekulare Übergangsmetall-Sauerstoff-Cluster, deren Metallatome durch Sauerstoffatome verbrückt sind und ein dreidimensionales Netzwerk bilden können. Für die Filtermaterialien wählten sie Polyoxowolframat-Anionen. Diese verfügen über eine Bindungsstelle, an der Schwermetallionen fixiert werden können. Als Gegenionen wählten sie voluminöse Tetraalkylammonium-Kationen, die für ihre antimikrobielle Wirkung bekannt sind. Die entstehenden ionischen Flüssigkeiten sind hydrophob, nicht mit Wasser mischbar und bilden stabile dünne Schichten auf Oberflächen. Mit porösem Siliciumdioxid als Träger erhielten die Forscher trockene, rieselfähige Pulver, die sich einfach transportieren und handhaben lassen.

Bei den Labortests entfernten die Anionen der neuen Komposite zuverlässig Blei-, Nickel-, Kupfer-, Chrom- und Kobaltionen. Radioaktives Uran in Form von UO22+ wurde direkt vom Siliciumdioxid-Träger abgefangen. Ebenfalls entfernt wurde ein in der Textilindustrie üblicher wasslöslicher blauer Trityl-Farbstoff, der aufgrund des lipophilen Charakters der ionischen Flüssigkeit fest darin gebunden wird. Die antimikrobiellen Kationen stoppten effektiv das Wachstum von Coli-Bakterien.

Die Forscher hoffen, dass ihre neuen „POM-SILP“-Filtermaterialien Ausgangspunkt für die Entwicklung schadstoffspezifischer chemisch designter Filtersysteme sind, die in entlegenen Gegenden, Entwicklungsländern oder nach Naturkatastrophen und Chemieunfällen zur sicheren Wasseraufbereitung genutzt werden können.

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