Neuer Schwamm filtert giftige Stoffe und Metalle aus verunreinigtem Wasser

Die Technologie könnte die Rückgewinnung wichtiger Mineralien aus Bergbauabfällen voranbringen.

Forscher der McCormick School of Engineering an der Northwestern University in Evanston, Illinois, haben einen neuen Schwamm entwickelt, der giftige Metalle wie Blei aus verschmutztem Wasser entfernen kann, so dass nur Trinkwasser zurückbleibt. Wie die Wissenschaftler in einem in der Fachzeitschrift ACS ES&T Water veröffentlichten Paper berichten, haben sie den Schwamm erfolgreich getestet und Blei aus stark verunreinigten Leitungswasserproben entfernt, bis die Bleikonzentration unter den gesetzlich erlaubten Grenzwerten lag. In ihren Experimenten konnten die Forscher laut eigenen Angaben denselben Schwamm für mehrere Zyklen wiederverwenden.

Beschichten – Ausspülen – Wiederholen

Das Team synthetisierte Mischungen aus mangandotierten Goethit-Nanopartikeln und anderen Zusammensetzungen von Nanopartikeln und trug diese Gemische auf handelsübliche Zelluloseschwämme auf. Nach dem Abwaschen der überschüssigen Mengen wiesen die fertigen Beschichtungen eine Dicke von nur wenigen Nanometern auf. Im Experiment tauchten die Wissenschaftler den mit Nanopartikeln beschichteten Schwamm in verschmutztes Wasser, woraufhin er Blei-Ionen isolierte. Danach durchspülten die Forscher den Schwamm mit leicht angesäuertem Wasser, um das absorbierte Material wieder zu lösen. Das machte den Schwamm bereit für einen weiteren Testzyklus. Obwohl die Absorptionsfähigkeit nach dem ersten Gebrauch abnahm, konnte der Schwamm bei den nachfolgenden Malen immer noch mehr als 90 Prozent der Ionen zurückgewinnen, so Vinayak Dravid, Hauptautor der Studie.

Mit Nanopartikeln beschichteter Schwamm (links) neben einem unbeschichteten Zelluloseschwamm.

Photo: Northwestern University

Von der Reinigung von kontaminiertem Leitungswasser zur Rückgewinnung kritischer Rohstoffe?

Dravid führt die öffentliche Gesundheit als Hauptmotivation für die Studie an. Neben der Reinigung von verunreinigtem Trinkwasser könnten sich die metallabsorbierenden Fähigkeiten des Schwamms jedoch auch als vorteilhaft für die Zukunft der Gewinnung kritischer Mineralien erweisen: Abraum und Abwasser aus Bergwerken beispielsweise enthalten immer noch Seltene Erden und andere kritische Mineralien. Bislang hat die Rückgewinnung dieser Rohstoffe noch keine breite Anwendung gefunden, aber Unternehmen auf der ganzen Welt suchen nach praktikablen Lösungen. Rio Tinto, eines der größten Bergbauunternehmen der Welt, kündigte vor kurzem an, ein Projekt zur Erforschung der Rückgewinnung von Rohstoffen aus Bergbauabwässern finanziell zu unterstützen. Der neu entwickelte Schwamm könnte möglicherweise künftig in diesem Bereich angewendet werden.

Von Pflanzen bis hin zu Bakterien versuchen Forschungsteams auf der ganzen Welt, neben dem traditionellen Bergbau zusätzliche Quellen für Seltene Erden und andere kritische Mineralien zu erschließen. Ein Motivationsfaktor für diese Studien sind Umweltgründe. Die hohe Konzentration des Angebots an kritischen Rohstoffen und Zwischenprodukten in Ländern wie China ist der zweite Aspekt. Westliche Nationen wie Australien versuchen, ihre Abhängigkeit zu verringern, indem sie neue Ressourcen erschließen, da kritische Mineralien für saubere Energie und Elektromobilität wichtig sind.

Photo: Northwestern University