Die Teams um Werkstoffwissenschaftler Prof. Marcus Prof. Marcus Halik vom Interdisziplinären Zentrum für Nanostrukturierte Filme (IZNF) der FAU, Physiker Prof. Dirk Zahn vom Computer Chemistry Center (CCC) der FAU sowie von Dr. Leena Banspach vom Bayrischen Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit (LGL) nutzen die chemische Struktur von Glyphosat um das Herbizid an magnetische Eisenoxidpartikel zu binden.
Gute Bindung an Eisenoxidpartikeln
Die starke Wechselwirkung des Glyphosatmoleküls zu oxidischen Oberflächen ermöglicht eine schnelle und stabile kovalente Bindung an die Oberfläche von Magnetit (Fe3O4)-Nanopartikeln, die als Fänger für das Herbizid wirken. Mit ihrer geringen Größe (~20 nm Durchmesser) bieten diese Partikeln eine große aktive Fläche. Die Glyphosatbindung wurde mittels Infrarotspektroskopie, thermogravimetrischer Analyse und dynamischer Lichtstreuung analysiert. Ergebnisse aus Molekulardynamik-Simulationen unterstützen den vorgeschlagenen Bindungsmechanismus, nach dem Glyphosat gegenüber anderen im Wasser gelösten Stoffen besonders gut an die Eisenoxidpartikeln gebunden wird. Die Entfernung der mit dem Schadstoff beladenen, magnetischen Partikeln aus dem Wasser gelingt einfach mittels Magnetabscheidung.
Unter der Nachweisgrenze
Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens wurde anhand unterschiedlichster Wasserproben nachgewiesen. Es gelang, bei allen Proben den Grenzwert für Glyphosat von 0,1 µg/l aus der EU-Trinkwasserrichtlinie zu unterschreiten, und in vielen Fällen lag die Konzentration des Stoffes im gereinigten Wasser sogar unterhalb der mittels Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie erreichbaren Nachweisgrenze.
Selektivität unter realen Bedingungen bestätigt
Anhand von Wasserproben aus dem Dechsendorfer Weiher, in denen neben geringen Konzentrationen an Glyphosat (~ 0,6 µg/l) noch weitere organische Kontaminationen nachgewiesen werden konnten, lies sich diese vorhergesagte Selektivität auch experimentell bestätigen. Nach der Behandlung der Wasserproben mit den Eisenoxidpartikeln und deren magnetischer Entfernung hatte dieses Wasser Trinkwasserqualität – zumindest bezogen auf Glyphosat.
Ökologisch und ökonomisch durch Mehrfachverwendung
Die magnetischen Partikel können mehrfach verwendet werden, was in Kombination mit dem niedrigen Preis der Eisenoxidpartikel die Grundlage für ein ökologisch nachhaltiges und ökonomisch sinnvolles Verfahren darstellt. Ziel ist dabei nicht der flächendeckende Einsatz von Eisenoxidpartikeln, sondern ein Toolkit zu entwickeln, welches schnell und preiswert lokale Extremkonzentrationen beseitigen kann. Noch werden jedes Jahr 700.000 Tonnen Glyphosat hergestellt, transportiert, gelagert und eingesetzt – was bei unsachgemäßer Handhabung ein beträchtliches Risikopotential darstellt.
Die Arbeiten wurden durch den Exzellenzcluster EAM (Engineering of Advanced Materials) aus der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder und durch die Graduate School Molecular Science (GSMS) an der FAU unterstützt.
Die Originalpublikation finden Sie hier.
