Bild: EPFL/Alain Herzog

Giftiges Chrom aus Wasser herausfiltern

Publiziert

Chemiker der EPFL haben Schwämme entwickelt, mit welchen sich verschiedene in Lösung gelöste Zielsubstanzen wie Gold, Quecksilber und Blei auffangen lassen. Bei den Schwämmen handelt es sich um poröse Kristalle, um sogenannte metallorganische Gerüste. Nun wurde ein Schwamm entwickelt, mit welchem sich giftiges sechswertiges Chrom aus Wasser entfernen lässt.

Sechswertiges Chrom kontaminiert weiterhin Wasserquellen auf der ganzen Welt. Ein US-amerikanisches Unternehmen wurde erst im Februar mit einer Geldstrafe belegt, weil es Mitarbeiter gefährdet hat. Sechswertiges Chrom gilt als extrem giftig, insbesondere beim Einatmen oder Verschlucken, und seine Verwendung ist in Europa und in vielen Ländern der Welt geregelt. Es wird als genotoxisch angesehen, was zu DNA-Schäden und zur Bildung von Krebstumoren führt.

Jetzt entwickeln Chemiker an der EPFL energieeffiziente Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen, diesmal sechswertigem Chrom, aus Wasser. Die Ergebnisse wurden kürzlich im Journal of Materials Chemistry A veröffentlicht.

«Der Zugang zu sauberem Wasser ist eine der wichtigsten Herausforderungen unserer Zeit», sagt die Hauptautorin Wendy Queen vom EPFL Laboratory of Functional Materials. «Die Entwicklung energieeffizienter Verfahren zur schnellen Entfernung von Wasserverschmutzungen spielt eine wichtige Rolle bei unseren Bemühungen, die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden der Umwelt weltweit zu verbessern.»

Queen und Kollegen entwickeln schwammartige Materialien, die bestimmte Substanzen aus der Lösung sammeln können. Ihre Materialien sind tatsächlich Kristalle, sogenannte metallorganische Gerüste (MOF), und die Wissenschaftler passen diese kristallinen Strukturen an, um eine bestimmte Substanz einzufangen.

Die Materialien sind extrem porös und die Kontaktfläche in einem Gramm dieser MOFs kann so groß sein wie die eines Fußballfeldes. Die Zielsubstanz tritt dann in diese Poren ein und haftet in einem als Adsorption bezeichneten Prozess an der inneren Oberfläche.

Die Wissenschaftler haben zuvor gezeigt, dass ihre Materialien andere in Lösung gelöste Substanzen wie Gold, Quecksilber und Blei effizient adsorbieren können. Zum Beispiel ergibt 1 Gramm MOF fast 1 Gramm Gold. Jetzt hat Queen in Zusammenarbeit mit dem EPFL-Wissenschaftler Berend Smit und der EPFL-Doktorandin Bardiya Valizadeh die Extraktion von sechswertigem Chrom aus Wasser demonstriert. Mit sechswertigem Chrom, einer relativ leichten Substanz, können die MOFs ungefähr 208 Milligramm pro Gramm MOF extrahieren. Wenn Sie das MOF beleuchten, wandelt es das hochgiftige sechswertige Chrom in ein relativ ungiftiges dreiwertiges Chrom um.

Weitere Entwicklungen sind erforderlich, um die Technologie zur Dekontamination von Wasser außerhalb des Labors zu implementieren.

«Das Tolle an unseren Schwämmen ist, dass sie relativ einfach und billig herzustellen sind», erklärt Queen. «Der nächste Schritt besteht darin, unsere Schwämme in größerem Maßstab zu testen.»

Zum Beispiel erwarten die Wissenschaftler, dass 1 kg MOFs ungefähr 15 CHF kosten, während 1 kg Gold ungefähr 55 000 CHF wert ist.

Quelle:
Journal of Materials Chemistry A
A novel integrated Cr(VI) adsorption–photoreduction system using MOF@polymer composite beads†

DOI: 10.1039 / d0ta01046d

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