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Mit "smartem Rost" Nano- und Mikroplastik aus Wasser mit Magneten entfernen

FAU-Forscher setzen speziell beschichtete Eisenoxid-Nanopartikel ein
Mikroplastik - Symbolbild
21.04.2021 − 

Forscher der der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) zeigen in einer aktuellen Studie, wie man Plastikpartikel verschiedener Sorten und Größen mithilfe ungiftiger, speziell beschichteter Eisenoxid-Nanopartikel einfach aus Wasser entfernen kann. In einer Mitteilung berichtet die FAU, dass Mikro- und Nanoplastik omnipräsente und problematische Umweltbelastungen darstellen, für die gängige Reinigungskonzepte nicht anwendbar sind.

Demnach setzen die Wissenschaftler ungiftige, speziell beschichtete Eisenoxid-Nanopartikel, so genannte SPIONs, ein, die sie gezielt für die Anbindung an Plastikoberflächen entwickelt haben. Die SPIONs verklumpen mit den Plastikpartikel zu größeren Agglomeraten, die sich dann durch den Anteil an Eisenoxid sehr einfach magnetisch einsammeln lassen. Die Ergebnisse dieser Arbeiten wurden im Fachjournal „Materials Today“ publiziert.

Vereinfacht könnte man diese Materialien auch als „smarten Rost“ bezeichnen. Die oberflächenmodifizierten SPIONs, die mit etwa 30 nm Durchmesser deutlich kleiner sind als die untersuchten Plastikpartikel (100–970 nm), wirken zusammen mit den Plastikpartikeln wie eine Art Kleber und verklumpen diese zu größeren Aggregaten. Diese Aggregate aus Nanoplastik und Eisenoxid lassen sich nunmehr sehr einfach durch einen Magneten aus dem Wasser entfernen, heißt es.

Bahnbrechend an diesem Konzept sei, dass durch die Oberflächenfunktionalisierung die SPIONs derart eingestellt werden, das bestimmte Plastiksorten bevorzugt anbinden. Dabei sei das Konzept so variabel, dass auch eine Breitband-Effizienz für Mischungen von Nanoplastik erreicht wird – wie sie auch in der Umwelt vorkommen.

Der wissenschaftliche Hintergrund dieser Wechselwirkungen, die hauptsächlich auf entgegengesetzten Oberflächenladungen der SPIONs und der Plastikpartikel basieren, sei durch Experimente bestätigt worden. Durch Simulationen haben die Wissenschaftler das Konzept theoretisch untermauert und die Morphologie der Agglomerate detailliert untersucht.

Natürliche Sedimente mindern Effektivität der Reinigung nicht

Die Experimente liefern den Angaben zufolge zudem deutliche Anzeichen dafür, dass durch die spezielle Struktur der Moleküle an der SPION-Oberflächen eine Selektivität zwischen Plastikpartikeln und anorganischen Sedimentpartikeln erreicht werden kann. Das sei entscheidend, weil somit natürliche Sedimente die Effektivität der Reinigung nicht mindern. In einer eigens für magnetische Nanopartikel entwickelten Teststrategie zeigten die Forscher, dass die verwendeten SPIONs nicht toxisch sind. Auch dieser Befund sei fundamental für eine spätere praktische Anwendung.

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