Seide und Zellulose machen Wasser sauber

Struktur des innovativen und hochwirksamen Wasserfilters und seine Flexibilität (Fotos: mit.edu)

Cambridge (pte017/09.09.2024/12:30) - Ein neues, aus natürlichen Rohstoffen hergestelltes Filtermaterial von Forschern des Massachusetts Institute of Technology ( https://www.mit.edu/ ) (MIT) entfernt nicht nur gesundheitsbedrohende Ewigkeits-Chemikalien aus dem Wasser, sondern auch nicht minder gefährliche Schwermetalle und andere Verunreinigungen wie Mikroben. Ewigkeits-Chemikalien sind polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS), die unter anderem zum Schutz vor Flecken, als Antihaftbeschichtung und in Fast-Food-Verpackungen eingesetzt werden. Allein in den USA sind 57.000 Standorte ermittelt worden, die mit PFAS kontaminiert sind.

Seide allein funktioniert nicht

Benedetto Marelli und seine Postdoktorandin Yilin Zhang wollten eigentlich ein Kennzeichnungssystem für minderwertiges Saatgutgetreide entwickeln. Dazu stellten sie einheitliche nanoskalige Kristalle, sogenannte "Nanofibrillen", aus Seidenprotein her. Das sind extrem kleine Fasern, aus denen sie eine nicht minder winzige Matte herstellten. Was das mit einem Kennzeichnungssystem zu tun hat, bleibt ihr Geheimnis, doch Zhang hatte einen spontanen Einfall, wozu diese Matten nützlich sein könnten, als Filtermaterial nämlich.

Die ersten Tests verliefen enttäuschend. Die Matte war zu dicht, sodass das Wasser zu langsam durchlief. Eine zweite Idee brachte die Wende. Die Forscher fügten Zellulose-Partikel hinzu. Sie schütteten Seiden-Nanofibrillen und Zellulose-Nanopartikel in Wasser, rührten um und setzten auf das Phänomen Selbstorganisation. Die beiden Zutaten formierten sich ohne Fremdeinwirkung zu Matten, die als Filter dienen sollten. In Labortests erwies sich das flexible Material mit einer Dicke von nur 500 Nanometern als äußerst effektiv. Es entfernte um Größenordnungen mehr Schadstoffe aus dem Wasser als die derzeit verwendete Aktivkohle.

Ladung verhindert Verkeimung

Es gelang den Forschern, den Zellulosepartikeln eine statische elektrische Ladung zu verpassen. Das verhindert die Verschmutzung durch Pilze und Bakterien, eine der Hauptursachen für die Verstopfung von Filtern. "Unser Filtermaterial kann mit den Standardmaterialien in der Wasserfiltration konkurrieren, wenn es darum geht, Metallionen und PFAS zurückzuhalten", sagt Marelli. "Die meisten der heute verfügbaren Filtermaterialien konzentrieren sich auf eine Klasse von Verunreinigungen oder lösen einzelne Probleme. Ich glaube, wir sind unter den Ersten, die alle diese Probleme gleichzeitig angehen", vermutet Zhang.

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