Schwämme aus Nanozellulose gegen Ölpest
Ein neues, saugfähiges Material aus der Empa-Holzforschung könnte bei zukünftigen Ölkatastrophen helfen: chemisch modifizierte Nanozellulose-Schwämme. Der leichte Stoff saugt die Öllache auf, bleibt schwimmend auf dem Wasser liegen und kann dann eingesammelt werden. Das Saugmaterial kann umweltfreundlich aus Altpapier, Stroh oder landwirtschaftlichen Abfällen gewonnen werden
Beweis für die zugleich hydrophoben und oleophilen Eigenschaften der chemisch modifizierten Nanozellulose: Ein Wassertropfen (blau eingefärbt) perlt ab, während ein Öltropfen (rot eingefärbt) aufgesogen wird.
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Nachdem der Schwamm die rot eingefärbte Ölschicht aufgesaugt hat, lässt er sich einfach aus dem Wasser ziehen und bleibt dabei in Form. Die Ölschicht wird selektiv vom Wasser abgetrennt.
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Alle Industrienationen benötigen grosse Mengen Erdöl, das meist per Hochseetanker oder Binnenschiff zum Bestimmungsort geliefert wird. Bei Unfällen droht eine Ölpest. Die umweltfreundlichste Methode, um die Natur nach einem Ölunfall zu säubern, ist das Aufsaugen und Einsammeln des schwimmenden Ölfilms. Den Empa-Forschern Tanja Zimmermann und Philippe Tingaut ist es zusammen mit Gilles Sèbe von der Universität Bordeaux gelungen, ein sehr wirksames Saugmaterial zu entwickeln, welches gezielt den Ölfilm vom Wasser abtrennt und sich danach leicht einsammeln lässt: Schwämme aus chemisch veränderter, «silylierter» Nanozellulose. In Laborversuchen saugten diese Schwämme bis zum 50-fachen ihres Eigengewichts an Mineralöl oder Motoröl auf und blieben dabei so in Form, dass sie mit einer Pinzette aus dem Wasser gezogen werden konnten. Nun gilt es, die Schwämme weiterzuentwickeln, um sie nicht nur im Labormassstab, sondern bei echten Unglücksfällen einsetzen zu können. Dazu wird nun ein Industriepartner gesucht.
Herstellung in einem Schritt – aus Zellulose
Nanofibrillierte Zellulose (NFC), das Basismaterial für die Schwämme, wird aus zellulosehaltigen Abfallstoffen wie Stroh, Holzschliff oder Altpapier gewonnen, in dem diese mit Wasser versetzt und der wässrige Brei unter hohem Druck durch mehrere enge Düsen gepresst wird. Es entsteht eine gel-artige Suspension aus langen, feinen, untereinander verbundenen Zellulosefasern und Wasser.
Entzieht man nun dem Gel per Gefriertrocknung das Wasser, so entsteht ein Nanozellulose-Schwamm. Das unbehandelte Material saugt gleichermassen Wasser und Öl auf – es ist also für den vorgesehenen Zweck noch untauglich. Den Empa-Forschern gelang es, die chemischen Eigenschaften der Nanozellulose in nur einem Verfahrensschritt zu verändern, in dem sie dem Gel vor der Gefriertrocknung ein reaktives Alkoxysilan zusetzten. Dadurch verliert die Nanozellulose ihre hydrophilen Eigenschaften, wird nicht mehr von Wasser benetzt und verbindet sich nur noch mit öligen Substanzen.
Im Labor saugte die «silylierte» Schwamm aus Nanozellulose innerhalb von Sekunden verschiedene Testsubstanzen wie Motoröl, Silikonöl, Ethanol, Aceton oder Chloroform auf. Nanofibrillierte Zellulose-Schwämme vereinen damit mehrere wünschenswerte Eigenschaften: sie sind sehr saugfähig, schwimmen auch im vollgesogenen Zustand zuverlässig auf dem Wasser und sind dazu biologisch abbaubar.
Originalveröffentlichung
ltralightweight and Flexible Silylated Nanozellulose Sponges for the Selective Removal of Oil from Water, Zhang Z., SeÌbe G., Rentsch D., Zimmermann T., Tingaut P., Chem. Mater. 2014, 26, 2659−2668.
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