Superhydrophober Magnetschwamm reinigt Wasser von Öl

Wissenschaftler der Tomsk Polytechnic University haben gemeinsam mit der University of Lille (Frankreich) ein neues Material entwickelt, das in der Lage ist, Wasser effektiv von Ölprodukten zu reinigen. Es basiert auf einem gewöhnlichen Haushalts-Polyurethanschwamm. Das Forscherteam machte ihn superhydrophob – er stößt Wasser ab und sorbiert gleichzeitig effektiv die Moleküle von Ölprodukten.

„Neue Methoden der Ölförderung, insbesondere diejenigen, die mit der Förderung auf dem Meeresboden und am Meeresboden zusammenhängen, erhöhen das Risiko von Ölverschmutzungen. Wir alle wissen um die Umweltauswirkungen des Unfalls, der sich 2010 auf einer Bohrplattform im Golf von Mexiko ereignete. Daher ist eines der dringendsten wissenschaftlichen Probleme, selektive Sorbentien zu erhalten, die in der Lage sind, Ölprodukte aus einem Wasser-Öl-Gemisch zu extrahieren und dabei Wechselwirkungen mit Wasser zu vermeiden.

Der letztgenannte Punkt ist von entscheidender Bedeutung, da die Wechselwirkungen mit dem Wasser im Wesentlichen dazu führen, dass einige daraus resultierende Produkte ins Wasser gelangen und das Ökosystem beeinträchtigen. Darüber hinaus lässt die Wassersättigung die Wirksamkeit des Sorptionsmittels sinken. Daher mussten wir ein erschwingliches Material finden und es für das genannte Ziel hydrophob und effizient machen. Wir entschieden uns für einen regelmäßigen Waschschwamm“, sagt Pavel Postnikov, außerordentlicher Professor an der TPU Research School of Chemistry & Applied Biomedical Sciences.

Um einen Schwamm hydrophob zu machen, wurden Diazoniumsalze, spezielle organische Verbindungen, verwendet. Der Schwamm wurde in eine wässrige Lösung mit Diazoniumsalzen gegeben und auf 60 °C erhitzt. Die entstehenden aktiven Radikale griffen den Schwamm an und bildeten an der Oberfläche neue organische Gruppen mit hydrophoben Eigenschaften, die gleichzeitig empfindlich gegenüber Ölprodukten sind. Sie wirken als Sorptionsmittel, die Ölmoleküle selektiv absorbieren.

„Das zweite Problem ist, einen effizienten Weg zu finden, dieses Material aus dem Wasser zu entfernen. Wir haben uns für eine magnetische Sorptionsmittelsammlung entschieden. Wir fügten Eisen-Nanopartikel in die Struktur des Schwamms ein, die mit unserer ursprünglichen Methode erhalten wurden und sich durch eine erhöhte Anfälligkeit für unpolare Moleküle auszeichnen. Wir fügten auch hydrophobe organische Gruppen hinzu. Als Ergebnis erhielten wir ein Material, das fast keine Wechselwirkung mit Wasser aufweist, obwohl es ein Schwamm ist“, erklärt der Wissenschaftler.

Erdölprodukte in Wasser liegen in Form einer Emulsion vor. Das bedeutet, dass ihre mikroskopisch kleinen Tröpfchen in einer anderen Flüssigkeit, in unserem Fall im Wasser, verteilt sind. In der Praxis, so die Forscher, seien solche Emulsionen oft hochgradig stabilisiert. Das bedeutet, dass sie sich nur schwer in einzelne Komponenten trennen lassen.

„Wir testeten unser Material sowohl mit hochstabilisierten als auch mit schwach stabilisierten Emulsionen. Die Experimente zeigten, dass das Material ausgezeichnet ist. Wir testeten seine Wirksamkeit auch an Industrieölen, die natürliche Gewässer verschmutzen können. Das Material zeigte auch seine hohe Effizienz“, sagt Pavel Postnikov.

Darüber hinaus haben die Studien gezeigt, dass das neue Material mehrfach wiederverwendet werden kann. „In Experimenten haben wir es mindestens fünfmal verwendet, und es gab keinen Abfall in seiner Effizienz“, sagt der Wissenschaftler.