Technologie zur effizienten Entfernung giftiger Metalle aus dem Wasser
Quecksilber (Hg), Silber (Ag) und Arsen sind natürlich vorkommende Elemente, die in Spuren im Boden, im Gestein und in der Atmosphäre zu finden sind. Sie finden sich auch in einigen Arten industrieller Abwässer. Gelangen sie in die Wasserkreisläufe, können sie schädliche und toxische Auswirkungen haben. In letzter Zeit haben ernsthafte Probleme mit der öffentlichen Gesundheit in verschiedenen Teilen der Welt die Alarmglocken zu diesem Thema läuten lassen, aber es fehlen immer noch effiziente Nachweisverfahren. Wissenschaftler starteten in diesem Sinne das EU-finanzierte Projekt "Metal-containing hybrid materials for water remediation from trace heavy metals" (HY-REM), um ein Lösung für dieses Problem zu finden. Die Forscher entwickelten kostengünstige innovative Geräte mit hoher Selektivität und Affinität, die überdies auch Zeit sparen. Man setzte Nanomaterialien, neue kubische Komplexe aus Silizium, Sauerstoff und Wasserstoff (polyedrisches oligomeres Hydrido-Silsesquioxan, POSS) und Metallnanopartikel (NP), entweder einzeln oder in Kombination ein. Eine Anzahl von Hybrid-Kompositmaterialien wurde im Rahmen des Projekts synthetisiert und charakterisiert. Die Wissenschaftler optimierten die POSS-Herstellung, um Komposite mit schmaler Porengrößenverteilung zu erhalten, welche die Selektivität der Poren für bestimmte Ionengrößen unterstützen. Überdies wurde in diesen POSS-Kompositen auch eine gleichmäßige Verteilung von funktionalisierten Gruppen erreicht, die reaktive Stellen zur Bindung von Metallionen bilden. Siliziumdioxid mit angeschlossenem Siliziumhydridgruppen entfernte wirkungsvoll und schnell Hg aus Wasser, und das über einen breiten Bereich von pH-Werten und Hg-Konzentrationen. Die POSS-Hybridmaterialien mit verschiedenen funktionellen Gruppen demonstrierten außerdem eine erhöhte Beladung mit Hg. Aus einer Wasserlösung bei Raumtemperatur konnte überdies mit Hilfe von Siliziumdioxid mit immobilisierten Ag-Nanopartikeln schnell das anorganische Hg entfernt werden. Begleitet wurde dieser Vorgang durch eine Farbänderung, die möglicherweise nützlich für ein einfaches Auslesen der Ergebnisse ist. Letztlich zeigten Hydridkieselsäuregruppen an Siliziumdioxid ein großes Potential für eine schnelle und effiziente Entfernung von radioaktivem Ag, einem Schlüsselschadstoff in nuklearen Abfällen. HY-REM führte die optimierte Herstellung von siliziumdioxidbasierten Kompositen vor, die neuartige Nanomaterialien enthalten und gut für die Fertigung effizienter Wasserfiltrationsgeräte geeignet sind. Die HY-REM-Technologie könnte angesichts der wachsenden Besorgnis im Zusammenhang mit der Kontamination durch Schwermetalle und radioaktives Ag einen wichtigen Beitrag zur Sicherung der öffentlichen Gesundheit und der Unversehrtheit der Umwelt leisten.
