PFAS entfernen Schaltbare Molekülfallen für sauberes Wasser

Anbieter zum Thema

KNAUER Wissenschaftliche Geräte GmbH

i3 Membrane GmbH

Universität des Saarlandes Fakultät 8/Naturwissenschaftl. Technische Fakultät III

Die als Ewigkeitschemikalien betitelten PFAS sind nahezu überall in der Umwelt nachzuweisen. Ein internationales Forscherteam hat nun eine neue Methode vorgestellt, wie diese Substanzen aus dem Wasser gefiltert werden können. Das Besondere: Im Gegensatz zu bisherigen Techniken lassen sich die neu entwickelten Filter dank einer „elektrischen Schaltung“ immer wieder benutzen.

PFAS – Kurzform für per- and polyfluoroalkyl substances bzw. Per- und polyfluorierte Chemikalien – sind unglaublich vielfältige Stoffe. Die fluorhaltigen organischen Moleküle sorgen unter anderem dafür, dass Regen von Outdoor-Jacken abperlt, sie stecken in Verpackungen für Lebensmittel oder sie sind Bestandteil von Löschmitteln und Feuerschutzkleidung. In den 1940er Jahren erstmals eingesetzt, traten die Alleskönner ihren Siegeszug an und durchdringen inzwischen unser gesamtes Leben.

Doch weil die fluorierten Chemikalien in der Natur nicht abbaubar sind, werden sie inzwischen überall auf der Erde nachgewiesen – im Wasser, im Boden, in der Luft, in Pflanzen, Tieren und, am Ende der Nahrungskette, im Menschen. Wie schädlich sie sind, ist noch nicht abschließend geklärt, erste Studien in Tierversuchen zeigen aber eine Fortpflanzungsgefährdung. Fest steht, dass diese Verbindungen in der Natur und in Organismen nicht natürlich sind, sodass es sinnvoll ist, ihre Dosis möglichst gering zu halten.

Gefangen und vernichtet – samt Filter

Um die „Ewigkeitschemikalien“ PFAS aus der Umwelt zu entfernen, ist aktuell noch ein großer technischer Aufwand nötig, der darüber hinaus die Umwelt und das Klima belastet. Aus dem Wasser beispielsweise lassen sich PFAS bisher nur mit speziellen Membranen oder mit der deutlich günstigeren Aktivkohle effektiv herausfiltern. Diese müssen anschließend allerdings verbrannt oder relativ harschen Bedingungen ausgesetzt werden, um die Stoffe endgültig zu vernichten, da sich die PFAS nicht mehr aus den Filtern herauslösen lassen.

Nun aber gibt es einen alternativen Weg der PFAS-Entfernung. Wissenschaftler um Markus Gallei, Professor für Polymerchemie an der Universität des Saarlandes, und Xiao Su aus Illinois, USA, sowie ihren Doktoranden Frank Hartmann (Uni Saar) und Paola Baldaguez (Illinois) haben eine Methode gefunden, wie sich PFAS aus dem Wasser entfernen lassen, um sie im Anschluss wieder freizusetzen. So können die fluorierten Substanzen nicht nur gesammelt, sondern auch gezielt untersucht und vernichtet werden, und zwar, ohne den Filter selbst verbrennen zu müssen.

Abwasser von PFAS befreien

So verschwinden „ewige“ Chemikalien für immer

Wiederverwendbare Molekülfalle

Das Geheimnis der neuen PFAS-Filter ist eine elektrochemische Methode, in der eine bestimmte Gruppe metallhaltiger Polymere, so genannte Metallocene, die Hauptrolle spielen. Die älteste dieser Verbindungen, Ferrocen auf Eisenbasis, wurde 1951 entdeckt, im Anschluss folgten viele weitere Varianten. Die Forscher haben nun herausgefunden, dass Elektroden aus Ferrocen und – noch viel effektiver – aus einem Cobaltocen die PFAS-Moleküle selbst in winzigsten Mengen aus dem Wasser herausfiltern.

Der Clou dabei ist jedoch ein anderer: Wenn man Ferro- oder Cobaltocen „schaltet“, also eine elektrische Spannung anlegt, geben sie die PFAS-Moleküle wieder ab. „Und das kann Cobalt deutlich besser als Eisen“, sagt Hartmann. „Das bedeutet nichts anderes, als dass wir eine Methode gefunden haben, wie man PFAS zum einen aus dem Wasser entfernen kann und darüber hinaus, wie man sie wieder freisetzt, sodass man die Elektrode vielfach nutzen kann. erklärt Gallei. „Anders als den Aktivkohlefilter, den ich vernichten muss, nachdem die PFAS-Moleküle in ihm hängengeblieben sind, kann ich die Metallocene tausendmal schalten, wenn ich will.“ Damit haben die Wissenschaftler eine Grundlage geschaffen, um die unerwünschten Chemikalien effizienter aus dem Wasser der Flüsse und Ozeane herausfiltern zu können.

Originalpublikation: Paola Baldaguez Medina, Valentina Ardila Contreras, Frank Hartmann, Deborah Schmitt, Angelique Klimek, Johannes Elbert, Markus Gallei, and Xiao Su: Investigating the Electrochemically Driven Capture and Release of Long-Chain PFAS by Redox Metallopolymer Sorbents, ACS Applied Materials & Interfaces 2023 15 (18), 22112-22122; DOI: 10.1021/acsami.3c01670,

(ID:49581812)