Neuartiges Hydrogel entfernt Mikroplastik aus dem Wasser
Das Material verfügt über ein einzigartiges verflochtenes Polymernetzwerk, das die Schadstoffe binden und durch UV-Lichtbestrahlung abbauen kann
Mikroplastik stellt eine große Gefahr für die menschliche Gesundheit dar. Diese winzigen Plastikmüllteile können über das Wasser, das wir trinken, in unseren Körper gelangen und das Risiko von Krankheiten erhöhen. Sie stellen auch eine Gefahr für die Umwelt dar, da sie selbst in entlegenen Gebieten wie den Polkappen und den tiefen Meeresgräben vorkommen und die Lebensformen im Wasser und an Land gefährden.
Bekämpfung der Verunreinigung von Wasser durch Mikroplastik mit dem 3D-Hydrogel pGel@IPN
Soumi Dutta
Zur Bekämpfung dieser aufkommenden Verschmutzung haben Forscher des Indian Institute of Science (IISc) ein nachhaltiges Hydrogel entwickelt, das Mikroplastik aus dem Wasser entfernt. Das Material verfügt über ein einzigartiges verflochtenes Polymernetzwerk, das die Verunreinigungen binden und durch UV-Lichtbestrahlung abbauen kann.
Bisher haben Wissenschaftler versucht, Mikroplastik mit Filtermembranen zu entfernen. Die Membranen können jedoch mit diesen winzigen Partikeln verstopfen, was sie unbrauchbar macht. Stattdessen entschied sich das IISc-Team unter der Leitung von Suryasarathi Bose, Professor an der Abteilung für Werkstofftechnik, für 3D-Hydrogele.
Das neuartige Hydrogel, das das Team entwickelt hat, besteht aus drei verschiedenen Polymerschichten - Chitosan, Polyvinylalkohol und Polyanilin -, die ineinander verwoben sind und ein interpenetrierendes Polymernetzwerk (IPN) bilden. Das Team infundierte diese Matrix mit Nanoclustern eines Materials namens Kupferersatzpolyoxometalat (Cu-POM). Diese Nanocluster sind Katalysatoren, die mit Hilfe von UV-Licht das Mikroplastik abbauen können. Die Kombination aus Polymeren und Nanoclustern führte zu einem starken Hydrogel, das große Mengen an Mikroplastik aufnehmen und abbauen kann.
Das meiste Mikroplastik entsteht durch den unvollständigen Abbau von Haushaltskunststoffen und Fasern. Um dies im Labor nachzuahmen, zerkleinerte das Team Deckel von Lebensmittelbehältern und andere Kunststoffprodukte des täglichen Gebrauchs, um zwei der in der Natur am häufigsten vorkommenden Mikroplastikarten zu erzeugen: Polyvinylchlorid und Polypropylen.
"Neben der Behandlung oder Entfernung von Mikroplastik besteht ein weiteres großes Problem in der Erkennung. Da es sich um sehr kleine Partikel handelt, kann man sie mit bloßem Auge nicht erkennen", erklärt Soumi Dutta, Erstautor der in Nanoscale veröffentlichten Studie und SERB National Post-doctoral fellow am Department of Materials Engineering.
Um dieses Problem zu lösen, fügten die Forscher dem Mikroplastik einen fluoreszierenden Farbstoff hinzu, um zu verfolgen, wie viel davon unter verschiedenen Bedingungen vom Hydrogel absorbiert und abgebaut wurde. "Wir überprüften die Entfernung von Mikroplastik bei verschiedenen pH-Werten des Wassers, verschiedenen Temperaturen und verschiedenen Konzentrationen von Mikroplastik", erklärt Dutta.
Das Hydrogel erwies sich als äußerst effizient - es konnte etwa 95 % bzw. 93 % der beiden verschiedenen Arten von Mikroplastik in Wasser bei nahezu neutralem pH-Wert (∼6,5) entfernen. Das Team führte auch mehrere Experimente durch, um zu testen, wie haltbar und stark das Material ist. Sie fanden heraus, dass die Kombination der drei Polymere das Material bei verschiedenen Temperaturen stabil macht.
"Wir wollten ein Material herstellen, das nachhaltiger ist und immer wieder verwendet werden kann", erklärt Bose. Das Hydrogel kann bis zu fünf Zyklen der Mikroplastikentfernung überstehen, ohne dass es an Wirksamkeit verliert. Darüber hinaus, so Bose, kann das Hydrogel, wenn es einmal ausgedient hat, zu Kohlenstoffnanomaterialien weiterverarbeitet werden, die Schwermetalle wie sechswertiges Chrom aus verschmutztem Wasser entfernen können.
In Zukunft wollen die Forscher gemeinsam mit Kollegen ein Gerät entwickeln, das in großem Maßstab eingesetzt werden kann, um Mikroplastik aus verschiedenen Wasserquellen zu entfernen.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
