Modifizierter Lehm kann Giftstoffe aus dem Wasser filtern

Von 14. Februar 2020 Aktualisiert: 14. Februar 2020 11:16
Auf molekularer Ebene ist Lehm schichtweise aufgebaut und durch Ionen voneinander getrennt. Eine Veränderung der Ionen ermöglicht es, die Abstände zu vergrößern – und den Lehm als Filter für Giftstoffe und Herbizide zu nutzen.

Pestizide im Grundwasser können für den Menschen nicht nur in Deutschland zur Gefahr werden. Eine niederländische Forscherin hat eine Möglichkeit gefunden, Wasser mit Lehm zu filtern, um ein giftiges Herbizid zu entfernen. Anschließendes Erhitzen des Materials kann den Schadstoff vollständig entfernen und ermöglicht dadurch die Wiederverwendung des Lehm-Filters ohne Materialverlust.

Petra Rudolf, Professorin für experimentelle Festkörperphysik an der Universität Groningen und ihre Kollegen aus Griechenland stellten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Environmental Science Nano vor.

Zuckerrüben verunreinigen Grundwasser

Die Niederlande baut viele Zuckerrüben an – nicht ohne Folgen für die Natur. Auf diesen Feldern bringen Bauern das Herbizid Chloridazon aus. Diese Verbindung ist für den Menschen giftig, wird in der Natur nicht abgebaut und versickert schließlich im Grundwasser.

Die Chloridazon-Konzentrationen liegen derzeit unter dem Grenzwert. Da das Herbizid nicht in der Umwelt abbaubar ist, rechnen Experten jedoch mit einem Anstieg. „Wasseraufbereitungsanlagen können Chloridazon mit Hilfe von UV-Licht abbauen. Die Abbauprodukte von Chloridazon sind ebenfalls giftig“, so Rudolf. Die Schaffung von definierten Schlitzen auf der Nanoebene ermöglichte der Forscherin, Chloridazon zuverlässig aus dem Wasser zu entfernen.

„Lehm ist ein Schichtmineral“, erklärt Rudolf. „Die Schichten haben eine negative Ladung und werden durch positive Ionen getrennt. Wir können diese durch selbst entworfene molekulare Säulen ersetzen. […] Die Zugabe von Natriumionen ersetzen diese Säulen, während die Ionen die Schichten etwas weiter auseinander drücken.“

„In diesem Fall haben wir Kupferionen hinzugefügt, um das Chloridazon und seine Abbauprodukte anzuziehen“, sagt die Physikerin. „Der funktionalisierte Ton absorbierte das Herbizid in erheblichen Mengen: fast 900 Milligramm pro Kilogramm Ton.“ Zudem konnten Rudolf und ihre Kollegen zeigen, dass Erhitzen des Lehms das Herbizid vollständig entfernt.

Lehm im Labormaßstab

Bisher teste das Team nur im Labor unter Verwendung einer zehnmal höheren Chloridazon-Konzentration als in der Umwelt. „Wir müssen dies also in echtem Grundwasser wiederholen, um zu sehen, ob andere Verbindungen die Absorption beeinflussen“, sagt Rudolf. „Wenn alle diese Tests positive Ergebnisse liefern, stellt sich die nächste Frage, wie man diesen Ton zu einem Produkt machen kann, das in der Wasseraufbereitung verwendet werden kann.“

Durch die Veränderung der Ionen und der Affinität der Säulen könnten verschiedene chemische Verbindungen durch den funktionalisierten Lehm aufgefangen werden. Konkret testen die Forscher die Entfernung zweier andere Verbindungen aus dem Grundwasser. Darüber hinaus wäre es möglich, ein ähnliches System mit anderen Schichtmaterialien, wie zum Beispiel Graphenoxid, zu schaffen, so Rudolf.

(Mit Material der Universität Groningen)

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