Magnetische Nanopartikel reinigen Wasser

Schwermetalle und giftige Substanzen wie Pestizide sind zum Teil erhebliche Belastungen – etwa fürs Trinkwasser. Sie herauszufiltern, ist oft eine große Herausforderung. Ein möglicher Schlüssel hierfür sind Nanopartikel, die Schadstoffe einfangen sollen. Nun gelang es Forschern, mit winzigen magnetischen Partikeln gezielt Arsen sowie Atrazin zu binden und aus dem Wasser zu filtern, wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ berichten.

Für ihre Experimente entwickelten Martin Pumera und seine Kollegen von der Universität für Chemie und Technologie in Prag vielseitige Nanopartikel. Diese enthielten einen Kern aus einem Eisenoxid, umhüllt von Ketten eines speziellen Polymermoleküls. Aufgrund des Kerns verhielten sich die Partikel magnetisch, sodass sie sich in einer Flüssigkeit durch äußere Magnetfelder steuern ließen. Die umgebenden Moleküle wiederum dienten dazu, an Giftstoffen zu haften und diese anschließend gezielt wieder abzugeben.

In Laborversuchen zeigte sich, dass die winzigen Partikel in warmem Wasser mit einer Temperatur von 25 Grad Celsius aneinanderhafteten. Die äußeren Molekülketten zogen sich eng zusammen und banden dabei auch toxische Arsenionen und Atrazinmoleküle. Dieses Einfangen funktionierte besonders gut, wenn die Partikel durch angelegte Magnetfelder in Drehung versetzt wurden. Dann nämlich kamen sie häufiger mit den Verunreinigungen in Kontakt, als wenn sie nicht rotierten. Anschließend ließen sich die Nanopartikel mitsamt den angedockten Schadstoffen durch Magnete wieder aus dem Wasser herausfiltern.

Des Weiteren stellten die Forscher fest, dass sich die Bindungseigenschaften der beladenen Nanopartikel in kälterer Umgebung änderten: Sank die Wassertemperatur auf fünf Grad Celsius, so streckten sich die zuvor zusammengezogenen Molekülketten wieder auseinander und setzten die Schadstoffe wieder frei. Auf diese Weise ließen sich die Nanopartikel für den Reinigungsprozess wiederverwenden, „da sie die Giftstoffe abhängig von der Temperatur einfangen und wieder freisetzen“, so Pumera.

In künftigen Versuchen wollen die Forscher nun weitere Nanopartikel entwickeln, um gezielt noch andere Schadstoffe aus verunreinigtem Wasser zu filtern. Da sich die eingesetzten Nanopartikel einfach und günstig aus Grundchemikalien herstellen lassen, ließe sich diese Methode bald vielleicht sogar in größerem Maßstab einsetzen.