06-08-2019 – Ein von der Universität Adelaide geführtes Forschungsteam hat einen neuen Ansatz entwickelt, um Wasser von Mikroplastik zu reinigen, welches es verschmutzen, ohne die in der Nähe befindlichen Mikroorganismen zu schädigen.
Plastikmüll gelangt in Ozeane und Flüsse und stellt eine globale Umweltbedrohung dar, das gesundheitliche Folgen für Tiere, Menschen und Ökosysteme hat.
Die Forscher haben eine Technik entwickelt, um das Mikroplastik mit winzigen spulenförmigen Magneten auf Kohlenstoffbasis aufzubrechen. Ihre Arbeit ist in der Zeitschrift Matter veröffentlicht.
„Mikroplastik adsorbiert organische und metallische Verunreinigungen auf ihrem Weg durch das Wasser und gibt diese gefährlichen Substanzen beim Verzehr an Wasserorganismen ab, so dass sie sich in der gesamten Nahrungskette ansammeln“, sagt der leitende Autor Shaobin Wang, Professor für Chemieingenieurwesen an der Universität von Shanghai Adelaide. „Kohlenstoffnanosprings sind stark und stabil genug, um diese Mikroplastiken in Verbindungen zu zerlegen, die keine solche Bedrohung für das marine Ökosystem darstellen.“
Obwohl Mikroplastik für das bloße Auge oft unsichtbar ist, sind es allgegenwärtige Schadstoffe. Einige, wie zum Beispiel die Peeling-Perlen, die in beliebten Kosmetika vorkommen, sind einfach zu klein, um während der industriellen Wasseraufbereitung herausgefiltert zu werden. Andere entstehen indirekt, wenn größere Ablagerungen wie Sodaflaschen oder Reifen in der Sonne und im Sand liegen.
Die Forschung ist eine Zusammenarbeit zwischen der University of Adelaide, der Curtin University, der Edith Cowan University und der Guangdong University of Technology in China.
Um das Mikroplastik zu zersetzen, mussten die Forscher kurzlebige Chemikalien, sogenannte reaktive Sauerstoffspezies, erzeugen, die Kettenreaktionen auslösen, die die verschiedenen langen Moleküle, aus denen Mikroplastik besteht, in winzige und harmlose Segmente zerlegen, die sich in Wasser auflösen. Reaktive Sauerstoffspezies werden jedoch häufig unter Verwendung von Schwermetallen wie Eisen oder Kobalt hergestellt, die für sich genommen gefährliche Schadstoffe darstellen und daher für die Umwelt ungeeignet sind.
Um dieser Herausforderung zu begegnen, fanden die Forscher eine umweltfreundlichere Lösung in Form von Kohlenstoffnanoröhren, die mit Stickstoff versetzt sind, um die Erzeugung reaktiver Sauerstoffspezies zu fördern. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Katalysatoren haben die Form von Federn und entfernen in nur acht Stunden einen erheblichen Anteil an Mikroplastik. Gleichzeitig bleiben sie selbst unter den für den Abbau von Mikroplastik erforderlichen harten oxidativen Bedingungen stabil. Die gewickelte Form erhöht die Stabilität und maximiert die reaktive Oberfläche. Als Bonus wurden die winzigen Quellen magnetisch, indem eine kleine Menge Mangan weit von der Oberfläche der Nanoröhren entfernt eingeschlossen wurde, um zu verhindern, dass sie ins Wasser auslaufen.
„Magnetische Nanoröhren zu haben, ist besonders aufregend, weil es so einfach ist, sie aus echten Abwasserströmen zu sammeln, um sie wiederholt für die Umweltsanierung zu verwenden“, sagt Projektleiter Dr. Xiaoguang Duan, Research Fellow an der School of Chemical Engineering and Advanced Materials der Universität Adelaide .
Da keine zwei Mikroplastiken chemisch völlig gleich sind, werden die nächsten Schritte der Forscher darauf abzielen, sicherzustellen, dass die Nanosprings mit Mikroplastiken unterschiedlicher Zusammensetzung, Form und Herkunft arbeiten. Sie beabsichtigen auch, die Nichttoxizität chemischer Verbindungen, die als Zwischenprodukte oder Nebenprodukte bei der Zersetzung von Mikroplastik auftreten, weiterhin rigoros zu bestätigen.
Die Forscher sagen auch, dass diese Zwischenprodukte und Nebenprodukte als Energiequelle für Mikroorganismen genutzt werden könnten, von denen die umweltschädlichen Kunststoffe derzeit geplagt sind. „Wenn Kunststoffkontaminanten als Nahrung für das Algenwachstum wiederverwendet werden können, ist es ein Triumph, Biotechnologie einzusetzen, um Umweltprobleme auf umweltfreundliche und kosteneffiziente Weise zu lösen“, sagt Professor Wang.
Die Bewältigung der großen Herausforderung der ökologischen Nachhaltigkeit hat für die Universität von Adelaide strategische Priorität.
Diese Arbeit wurde vom Australian Research Council, der National Natural Science Foundation in China und dem Wissenschafts- und Technologieprogramm der Provinz Guangdong unterstützt.
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Professor Shaobin Wang
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Professor of Chemical Engineering
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Dr Xiaoguang Duan
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Research Fellow
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Text und Bild: University of Adelaine
