PFAS, per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen, sind aus zahlreichen Alltags- und Industrieprodukten kaum wegzudenken. Gleichzeitig zählen sie zu den problematischsten Schadstoffen unserer Zeit: Sie sind äußerst langlebig, reichern sich in Umwelt und Organismen an und lassen sich nur schwer aus Wasser entfernen.

Ein Forschungsteam der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), des Uniklinikums Erlangen sowie des Bayerischen Landesamts für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit um Prof. Dr. Marcus Halik vom Lehrstuhl für Polymerwerkstoffe der FAU hat ein Verfahren entwickelt, das PFAS mithilfe funktionalisierter magnetischer Nanopartikel effizient aus Wasser entfernt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Materials Today“ veröffentlicht .

Magnetische Nanopartikel als innovative Lösung

Johannes Voß und Linda Rockmann aus Haliks Team entwickelten dafür funktionalisierte Eisenoxid-Nanopartikel mit speziellem magnetischen Verhalten. Deren Oberfläche wurde gezielt so angepasst, dass sie unterschiedliche PFAS binden können. Gekoppelt an die Eisenoxid-, also Rost-Partikel, können die PFAS mit einem Magneten aus dem Wasser entfernt werden.

Dabei verfolgen die Wissenschaftler/-innen einen breiten Ansatz: Statt sich auf einzelne PFAS-Verbindungen zu konzentrieren, wollten sie eine variable Lösung schaffen, die möglichst viele Materialien dieser vielfältigen Stoffklasse erfassen kann – also magnetische Nanopartikel, die sich gezielt an unterschiedliche Anforderungen der Wasseraufbereitung anpassen können.

Fluorhaltiges Mikroplastik im Fokus

Die neue Studie von Haliks Team erweitert die Einsatzmöglichkeiten der magnetischen Wasserreinigung um eine weitere hochrelevante Schadstoffklasse. Die Wissenschaftler/-innen konnten erstmals zeigen, dass sich das zugrunde liegende Prinzip nicht nur für einzelne PFAS-Moleküle, sondern auch für fluorhaltiges Mikroplastik anwenden lässt. Fluorhaltiges Mikroplastik entsteht zum Beispiel als Abrieb beim Waschen von Funktionskleidung oder ist in Kosmetika enthalten.

(Grafik: Linda Rockmann, Johannes Voß)

Maßgeschneiderte Oberflächenchemie

Der entscheidende Vorteil der Technologie liegt in der maßgeschneiderten Oberflächenchemie der Partikel. Je nach Funktualisierung besitzen die Eisenoxidpartikel unterschiedliche Eigenschaften: Das in der Studie eingesetzte Material entfernt ein breites Spektrum an PFAS auch zuverlässig aus Wasserproben, die mit vielfältigen Stoffen und Organismen verunreinigt sind – wie Waschlauge oder Flusswasser. Andere Eisenoxid-Nanopartikel, mit denen Haliks Team arbeitete, lassen sich nach der magnetischen Separation regenerieren und mehrfach wiederverwenden. Zudem sind die Eisenoxid-Partikel technisch skalierbar und nicht toxisch.

„Unsere Technologie spannt so den Bogen von molekularen Schadstoffen bis hin zu mikroskopischen Partikeln und unterstreicht das Potenzial funktionalisierter Eisenoxid-Nanopartikel als vielseitige und nachhaltige Plattform für die Wasseraufbereitung – inklusive komplex belasteter Wasserproben”, erklärt Professor Halik.

Erfolgreiche Tests unter Praxisbedingungen

Besonders wichtig war den Forschenden der Nachweis, dass das Verfahren auch außerhalb des Labors funktioniert. Deshalb testete das Team die Technologie an einer real belasteten Trinkwasserquelle, an Flusswasser, an Waschwässern aus der Bodensanierung sowie an Waschwasser von Outdoor-Textilien.

Dabei gelang es, die PFAS-Konzentrationen aus einer kontaminierten Trinkwasserquelle um 87 Prozent zu reduzieren und den neuen in Deutschland geltenden Grenzwert von 100 Nanogramm pro Liter zu unterschreiten. Darüber hinaus konnten auch fluorhaltige Mikroplastik erfolgreich magnetisch aus dem Wasser entfernt werden.

Quelle: FAU