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Rückstandsfreie Wasserreinigung Mit Graphen zu sauberem Wasser

Redakteur: Dana Hoffmann

Graphen gilt als die potenzielle eierlegende Wollmilchsau der Chemieindustrie. Es soll nach Forschungen der Universität Dublin dazu beitragen, gleich zwei drängende Probleme der Menschheit zu lösen: die begrenzte Verfügbarkeit von Wasser und die von Energie. In einem neuen Verfahren wird Graphen in Verbindung mit Sonnenlicht eingesetzt, um vorgereinigtes Wasser von schädlichen Abfallstoffen zu befreien.

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Die Wabenstruktur einer Graphenschicht
Die Wabenstruktur einer Graphenschicht
(Foto: AlexanderAIUS/wikimedia commons, CC BY-SA 3.0)

Mitte März kam die American Chemical Society in Dallas zu einem viertägigen Kongress zusammen, bei dem auch Graphen seinen Auftritt hatte. Das als Wunderstoff gefeierte Material wurde von Anne Morrissey und ihrem Team von der City-Universität Dublin auf seine Einsatzmöglichkeiten bei der Wasseraufbereitung untersucht. Einige Testreihen, die auf die Reinigung vom Wirkstoff Diclofenac abzielten, wurden bereits erfolgreich abgeschlossen.

Gute Kombi: neues Graphen und preiswertes Titandioxid

Das neue photokatalytische Verfahren baut auf herkömmlichen Methoden auf, die mit Titan-Oxiden arbeiten. Graphen wird mit einem Titandioxid als Katalysator kombiniert, die Reaktion durch UV-Licht unterstützt. Das Titandioxid selbst ist einfach herzustellen und wird als Weißpigment-Pulver in vielen alltäglichen Produkten vom Schreibpapier bis zur Zahnpasta eingesetzt.

Das Graphen wird erst seit einigen Jahren auch in Deutschland intensiv erforscht und gilt als vielversprechendes Material. Es handelt sich um einen Kohlenstoff, der in einer extrem dünnen Schicht von nur einem Atom Höhe wabenförmig aufgebaut wird. Aus der zweidimensionalen Struktur ergeben sich besonders positive Eigenschaften wie etwa die konkurrenzlose Stromleitfähigkeit.

Als Einsatzgebiet für ihr Verfahren stellt sich die Dubliner Forschungsgruppe vor allem die abschließende Reinigung von Trinkwasser in Schwellenländern vor. Für den alleinigen Einsatz zur Wasseraufbereitung ist das System wohl nicht geeignet, aber in Regionen mit grundlegender Wasserversorgung kann vorgereinigtes Wasser so eine letzte Filterungsstufe durchlaufen, bei der gefährliche Rückstände von Medikamenten und Pestiziden zersetzt werden. Konkret werden dafür Nanoröhrchen aus Titandioxid auf Graphenschichten aufgebracht. Die hartnäckigen Umweltgifte bleiben auf der Oberfläche haften, sodass das Titandioxid sie zersetzen kann.

Der Rückstandsfilter für den Haushaltswasserhahn

Das nächste Ziel steht nach den Entwicklungsfortschritten schon fest: Es soll Einschritt-Verfahren zur Marktreife gebracht werden, das beispielsweise in Form einer Filterkartusche für den Einsatz direkt an der Wasserentnahmestelle geeignet sein soll. Durch das Kartuschensystem wäre auch sichergestellt, dass die Grundstoffe an Ort und Stelle bleiben und nicht selbst in das Wasser übertreten.

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Ein letztes Problem muss allerdings noch gelöst werden. Bislang ist es nicht gelungen, die ausgefilterten Rückstände in harmlose Reststoffe umzusetzen. Eine andere Baustelle scheint hingegen bereits geschlossen: Der Kostenvorteil der Methode gegenüber der alleinigen Verwendung von Titandioxid gilt als erwiesen. Momentan sprechen alle Ergebnisse dafür, dass es sich um ein System handelt, das leichter aufzubauen und zu entsorgen ist als andere Wasseraufbereitungssystem, die mit Titandioxid arbeiten. Außerdem sei die Filterwirkung überlegen und erfordere außerdem einen geringeren Energieeinsatz.

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