Dauerlast im Wasser? Neues Kohlenstoffmaterial baut mit Licht Ewigkeitschemikalien ab

Hartnäckige PFAS-Verbindungen nennen sich aus gutem Grund „Ewigkeitschemikalien“: Einmal in unsere Umwelt gelangt, belasten sie diese praktisch unbegrenzt, weil sie weder durch Licht und Bakterien noch durch Wasser abzubauen sind. Guter Rat ist hier wirklich teuer – und der kommt jetzt mit einem neuen Verbundmaterial, das die „Dauerlast“ unter UV-Licht zerlegt.

Neues Mittel gegen Ewigkeitschemikalien im Abwasser

Reaktive Teilchen greifen die stabilen C-F-Bindungen an

Das neu entwickelte Kohlenstoffmaterial konnte die scheinbar ewig haltbaren PFAS-Verbindungen im Laborversuch entfluorisieren. Der Stoff kombiniert ein poröses Graphen-Aerogel mit dem lichtaktiven metallorganischen Gerüst MIL-125-NH2(Ti). Unter Einsatz von UV-Licht entstehen in ihm stark reduzierende hydratisierte Elektronen und oxidierende Hydroxylradikale, die wiederum die stabilen Kohlenstoff-Fluor-Bindungen der Ewigkeitschemikalien angreifen.

In Mini-Räumen treffen die PFAS auf ihre „Zerleger“

Die Abkürzung PFAS steht für per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen. Aufgrund ihrer extrem robusten C-F-Bindungen widerstehen sie den allermeisten natürlichen und technisch Abbausystemen. Herkömmliche Reinigungsverfahren entfernen die Ewigkeitschemikalien normalerweise nur aus dem Wasser, hinterlassen dabei aber belastete Rückstände. Eine echte Lösung ist das nicht. Das neue Kohlenstoffmaterial konzentriert die Schadstoffe in seinen winzigen Porenräumen – sogenanntes Nanokonfinement. In diesen abgeschiedenen Mini-Räumen treffen die Moleküle auf reaktive Teilchen, während die Energie, die zum Aufbringen der Fluorbindungen nötig ist, um bis zu 10,8 Prozent sinkt.

Die Forscher testeten Verbindungen unterschiedlicher Kettenlänge: Bei der langkettigen Perfluoroctansäure (PFOA) erzielten sie innerhalb von zwölf Stunden eine Entfluorisierungsquote von hohen 90,2 Prozent. Bei der kürzeren Perfluorhexansäure (PFHxA) erreichten sie immerhin noch 65,3 Prozent und bei der Perfluorbutansäure (PFBA) 51,8 Prozent. Umso kurzkettiger, desto höher die Wasserlöslichkeit und der Schwierigkeitsgrad für den Abbau. Wurden die PFAS-Moleküle noch kürzer, kam es immerhin zu teilweisen Abbauprozessen – und zwar in Form tatsächlicher Molekülabspaltung, nicht nur als Verkürzung der Kohlenstoffkette.

Bisher noch kein einsatzreifes Verfahren zur Wasseraufbereitung

An den Forschungen beteiligten sich Wissenschaftler der Wuxi University, der Nanjing University of Science and Technology und der Nanjing University. Die Publikation erfolgte in der Zeitschrift Nature Communications. Trotz des klaren Erfolgs im Labor handelt es sich bisher um kein einsatzreifes Verfahren zur Abwasseraufbereitung. Das Kohlenstoffmaterial müsste erst in größerem Maßstab günstig herstellbar sein und für UV-Licht ist viel Energie nötig. Zudem enthalten reale Abwasser weitere Stoffe, die reaktive Teilchen abfangen und Licht absorbieren können. Wichtig ist einfach: Ewigkeitschemikalien sind nicht wirklich „ewig“, wir kommen ihnen schon irgendwie bei.

Quelle: forschung-und-wissen.de

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