Sauberes Wasser dank vielseitiger Membranen

Um den wachsenden Bedarf an Trinkwasser weltweit zu decken, gewinnt das Entsalzen von Meerwasser immer mehr an Bedeutung. Denn giftige Schwermetalle und weitere Schadstoffe lassen sich danach in mehreren Schritten aus dem entsalzten Wasser filtern. Doch da diese Prozesse sehr aufwendig sind, entwickelten Wissenschaftler nun auf Basis von neuartigen Membranen mit eingelagerten Nanoteilchen ein einfacheres Verfahren. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, fangen die Nanoteilchen gezielt giftige Substanzen und auch nutzbare Bestandteile wie Gold, Kupfer oder Eisen ein.

Das elektrochemische Verfahren der Elektrodialyse spielt neben der sogenannten Umkehrosmose eine wichtige Rolle bei der Aufbereitung von Salz- und Grundwasser. Mithilfe von halbdurchlässigen Membranen und einem elektrischen Spannungsunterschied wird das Kochsalz dabei selektiv aus dem Wasser entfernt. In diesen Membranen lagerten Adam Uliana von der University of California in Berkeley und seine Kollegen nun zusätzlich spezielle Nanoteilchen ein. Je nach Struktur und Zusammensetzung der Nanoteilchen reagierten diese auf jeweils eine giftige Substanz.

Mit organische Schwefelverbindungen ließen sich beispielsweise Quecksilberatome sehr gut einfangen, andere Verbindungen waren etwa für Kupferatome geeignet. Die Forscher testeten in ihren Versuchen auch poröse Nanoteilchen, die bevorzugt Borsäure – eine für Pflanzen giftige Substanz – aus einer Wasserprobe beseitigten. Neben den ersten erfolgreichen Experimenten belegten auch Berechnungen die hohe Effizienz der neuartigen Membranen, die sich bis zu zehnmal wiederverwenden lassen. So genügt ein Kilogramm Membranmaterial, um 35 000 Liter belastetes Wasser von dem enthaltenen Quecksilber zu befreien.

Die von Uliana und seinen Kollegen entwickelten Membranen lassen sich somit durch die Auswahl der Nanoteilchen für unterschiedliche Schadstoffe anwenden. Für Schwermetalle und Bor kennen die Forscher bereits die passenden chemischen Verbindungen. „Wir planen neue Materialien und Methoden zu entwickeln, um auch andere problematische Substanzen aus dem Wasser entfernen zu können“, sagt Uliana. Damit lockt ein flexibles und günstiges Elektrodialyse-Verfahren zur Wasseraufbereitung, mit dem sich sowohl Salz als auch alle enthaltenen Gifte in nur einem Prozessschritt entfernen lassen.