Entfernung von giftigem Quecksilber aus kontaminiertem Wasser
Wasser, das mit Quecksilber und anderen giftigen Schwermetallen verunreinigt ist, ist eine der Hauptursachen für Umweltschäden und Gesundheitsprobleme weltweit. Jetzt präsentieren Forscher der Chalmers University of Technology, Schweden, einen völlig neuen Weg, verunreinigtes Wasser durch einen elektrochemischen Prozess zu reinigen.
Wenn Quecksilberionen (hellviolett) in einer Flüssigkeit in die Nähe einer Platinelektrode kommen, werden sie von der Elektrodenoberfläche angezogen, wo sie zu metallischem Quecksilber reduziert werden. An der Elektrode entwickeln sich Quecksilberatome (dunkelviolett) und Platinatome (grau) zu einer sehr starken Legierung, wodurch das Quecksilber aus dem Wasser entfernt wird.
Björn Wickman and Adam Arvidsson/Chalmers University of Technology
Die Labortests haben gezeigt, dass das neue Verfahren mehr als 99 Prozent Quecksilber aus einer Flüssigkeit entfernen kann. Eine Metallplatte - eine Elektrode - zieht das Quecksilber heraus, indem sie sich mit ihm verbindet. Die Elektrode besteht aus dem Edelmetall Platin und zieht durch einen elektrochemischen Prozess das Quecksilber heraus, so dass eine Legierung der Metalle entsteht. Auf diese Weise wird das Wasser gereinigt. Die Legierung der beiden Metalle ist sehr stabil, so dass keine Gefahr besteht, dass das Quecksilber wieder in das Wasser gelangt.
Mia Halleröd Palmgren/Chalmers University of Technology
"Unsere Ergebnisse haben die Erwartungen, die wir zu Beginn der Technik hatten, wirklich übertroffen", sagt der Forschungsleiter Björn Wickman vom Physikalischen Institut von Chalmers. "Unsere neue Methode ermöglicht es, den Quecksilbergehalt in einer Flüssigkeit um mehr als 99% zu reduzieren. Das kann das Wasser gut an den Rand des sicheren menschlichen Verzehrs bringen."
Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) ist Quecksilber einer der schädlichsten Stoffe für die menschliche Gesundheit. Es kann das Nervensystem, die Entwicklung des Gehirns und vieles mehr beeinflussen. Es ist besonders schädlich für Kinder und kann auch während der Schwangerschaft von einer Mutter auf ein Kind übertragen werden. Außerdem verbreitet sich Quecksilber sehr leicht in der Natur und kann in die Nahrungskette gelangen. Süßwasserfische zum Beispiel enthalten oft einen hohen Anteil an Quecksilber.
In den letzten zwei Jahren haben Björn Wickman und Cristian Tunsu, Forscher am Department of Chemistry and Chemical Engineering in Chalmers, einen elektrochemischen Prozess zur Reinigung von Quecksilber aus Wasser untersucht. Ihr Verfahren funktioniert durch Extraktion der Schwermetallionen aus Wasser, indem sie sie ermutigen, eine Legierung mit einem anderen Metall zu bilden.
"Heute ist es eine große Herausforderung, die niedrigen, aber schädlichen Quecksilberwerte aus großen Wassermengen zu entfernen. Die Industrie braucht bessere Methoden, um das Risiko der Freisetzung von Quecksilber in die Natur zu reduzieren", sagt Björn Wickman.
Ihr neues Verfahren besteht aus einer Metallplatte - einer Elektrode -, die bestimmte Schwermetalle daran bindet. Die Elektrode besteht aus dem Edelmetall Platin und zieht durch einen elektrochemischen Prozess das giftige Quecksilber aus dem Wasser, um eine Legierung aus beiden zu bilden. Auf diese Weise wird das Wasser von der Quecksilberbelastung gereinigt. Die aus den beiden Metallen gebildete Legierung ist sehr stabil, so dass keine Gefahr besteht, dass das Quecksilber wieder in das Wasser gelangt.
"Eine solche Legierung wurde schon einmal hergestellt, aber mit einem ganz anderen Zweck. Dies ist das erste Mal, dass das Verfahren mit elektrochemischer Legierung zur Dekontamination eingesetzt wird", sagt Cristian Tunsu.
Eine Stärke der neuen Reinigungstechnik ist, dass die Elektrode eine sehr hohe Kapazität hat. Jedes Platinatom kann sich mit vier Quecksilberatomen verbinden. Darüber hinaus binden die Quecksilberatome nicht nur an der Oberfläche, sondern dringen auch tiefer in das Material ein und bilden dicke Schichten. Das bedeutet, dass die Elektrode über einen längeren Zeitraum genutzt werden kann. Nach Gebrauch kann es kontrolliert entleert werden. Dadurch kann die Elektrode recycelt und das Quecksilber sicher entsorgt werden. Ein weiteres Plus für diesen Prozess ist, dass er sehr energieeffizient ist.
"Eine weitere große Sache mit unserer Technik ist, dass sie sehr selektiv ist. Obwohl es viele verschiedene Arten von Substanzen im Wasser geben kann, entfernt es einfach das Quecksilber. Somit verschwendet die Elektrode keine Kapazität, indem sie dem Wasser unnötig andere Stoffe entzieht", sagt Björn Wickman.
Die Patentierung des neuen Verfahrens wird angestrebt, und um die Entdeckung zu kommerzialisieren, wurde das neue Unternehmen Atium gegründet. Die neue Innovation wurde bereits mit einer Reihe von Preisen und Auszeichnungen sowohl in Schweden als auch international ausgezeichnet. Die Forschung und die Kollegen im Unternehmen haben auch von der Industrie eine starke Resonanz erhalten.
"Wir hatten bereits positive Interaktionen mit einer Reihe von interessierten Parteien, die die Methode testen möchten. Im Moment arbeiten wir an einem Prototyp, der außerhalb des Labors unter realen Bedingungen getestet werden kann."
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