Sieb filtert Nanopartikel und absorbiert Sonnenenergie

Forscher der Helmholtz-Hochschul-Nachwuchsgruppe in Kiel und Geesthacht veröffentlichen neue Studie

27.11.2012 - Deutschland

Eine Membran aus Kunststoff-Fäden und Eiweißen ergibt einen neuartigen Filter für mikroskopisch kleine, im Wasser verteilte Teilchen. In Advanced Functional Materials berichten Professor Mady Elbahri und sein Team vom Institut für Materialwissenschaft der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und dem Institut für Polymerforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht über ihr Sieb für Nanopartikel.

Nanofluid ist Wasser, in dem sich metallene Nanopartikel befinden, die allerdings nicht durch herkömmliche makroporöse Polymer-Membranen herausgefiltert werden können. Denn die Metallpartikel sind 1000-fach dünner als ein menschliches Haar und damit viel zu klein für die drei bis vier Mikrometer großen Öffnungen zwischen den Fäden der Membran. Noch dazu würden kleinere Öffnungen schnell verstopfen. Druck wäre nötig, um die Lösung zu filtern.

Diese Hindernisse umgehen Elbahri und sein Team, indem sie einfache Proteine auf den Fäden der Membran ansiedeln. Eine geniales Prinzip: „Wir haben herausgefunden, dass dieses konventionelle Protein durch Wasser aktiviert wird: Es schaltet seine metallbindende Eigenschaft ein, und das Metall wird vom Protein zurückgehalten“, erklärt Elbahri. „Das ist ein Durchbruch“, ergänzt Dr. Shahin Homaeigohar, Mitautor der Forschungspublikation. „Das gleiche Prinzip, mit dem wir Metallpartikel einfangen können, erlaubt uns im nächsten Schritt, Biomoleküle und winzige Organismen auszusieben.“

Von Filtration zur Solarthermie

Filtert das Nanosieb Metallpartikel wie Gold aus der Flüssigkeit, ergibt sich eine weitere Anwendung. Denn mit keiner anderen Methode gelang es bisher, eine so gleichmäßige Verteilung von Metallpartikeln zu erreichen. „Das war unerwartet“, so Elbahri. „Im trockenen Zustand nimmt die Membran sogar die Farbe des Metalls, in diesem Fall das Rot des Goldes, an.“ Wird das Nanosieb mit den gefilterten Partikeln feucht, wird es jedoch schwarz. „Es funktioniert dann als sogenannter ‚black absorber’, wobei das Wasser als Speicher für die absorbierte Solarenergie eingesetzt werden kann.“ Elbahri ergänzt: „Damit schlägt unsere Forschungsgruppe ‚Nanochemistry and Nanoengineering’ Brücken zwischen verschiedenen Disziplinen wie Chemie, Physik, Biowissenschaften und Materialwissenschaften, ein erster Schritt Richtung Intradisziplinarität der Nanowissenschaft.“

Anwendung als Nano- und Biofilter

Die Erfindung wird es künftig ermöglichen, winzige Teilchen, Organismen oder Viren aus Wasser herauszufiltern. Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben ihre Entwicklung, ein Bio-Nano-Komposit, bereits in Europa patentieren lassen. Ein weiteres Patent für die USA wurde gerade eingereicht. Neben der Einsatzmöglichkeit als Wasserfilter und als Absorber für Sonnenenergie hat das Bio-Nano-Komposit außerdem großes Potenzial im Bereich der Katalyse. „Mit unserem Nanosieb haben wir ein neues funktionales Material hergestellt, das Effizienz in vielen Bereichen verspricht und noch dazu kostengünstig produziert werden kann“, sagt Elbahri.

Originalveröffentlichung

Mady Elbahri, Shahin Homaeigohar, Ramzy Abdelaziz, Tianhe Dai, Rania Khalil, Ahnaf Usman Zillohu, Smart Metal-Polymer Bionanocomposites as Omnidirectional Plasmonic Black Absorber by Nanofluid Filtration, Advanced Functional Materials, 22, 4771, 2012

https://www.chemie.de/news/140678/sieb-filtert-nanopartikel-und-absorbiert-sonnenenergie.html