Giftiges Chrom aus dem Wasser herausfiltern

Sechswertiges Chrom verunreinigt weiterhin Wasserquellen auf der ganzen Welt, wobei ein US-amerikanisches Unternehmen gerade im Februar dieses Jahres mit einer Geldstrafe belegt wurde, weil es Mitarbeiter in Gefahr gebracht hat. Sechswertiges Chrom gilt als extrem giftig, insbesondere wenn es eingeatmet oder eingenommen wird. Seine Verwendung ist in Europa und in vielen Ländern der Welt reguliert. Man geht davon aus, dass es genotoxisch ist und zu DNA-Schäden und zur Bildung von Krebstumoren führt.

Jetzt entwickeln Chemiker der EPFL energieeffiziente Verfahren, um Schadstoffe, diesmal sechswertiges Chrom, aus dem Wasser zu entfernen. Die Ergebnisse werden heute im Journal of Materials Chemistry A veröffentlicht.

"Der Zugang zu sauberem Wasser ist eine der wichtigsten Herausforderungen unserer Zeit", sagt Wendy Queen, Hauptautorin des Labors für Funktionsmaterialien der EPFL. "Die Entwicklung von energieeffizienten Prozessen, die in der Lage sind, Wasserverschmutzungen rasch zu entfernen, spielt eine wichtige Rolle in unserem Bemühen, menschliche Gesundheit und eine gesunde Umwelt weltweit zu verbessern.

Queen und Kollegen entwickeln schwammartige Materialien, die bestimmte Substanzen aus der Lösung auffangen können. Ihre Materialien sind eigentlich Kristalle, die als metal-organic frameworks (MOF) bezeichnet werden, und die Forschenden passen diese kristallinen Strukturen an, um eine bestimmte Substanz aufzufangen.

Die Materialien sind extrem porös, und die Kontaktfläche, die in einem Gramm dieser MOFs enthalten ist, kann so groß sein wie die eines Fussballfeldes. Die Zielsubstanz dringt dann in diese Poren ein und haftet in einem Prozess, der Adsorption genannt wird, an der inneren Oberfläche.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben bereits gezeigt, dass ihre Materialien andere gelöste Stoffe wie Gold, Quecksilber und Blei effizient adsorbieren können. Zum Beispiel ergibt 1 Gramm MOF fast 1 Gramm Gold. Nun hat Queen in Zusammenarbeit mit dem EPFL-Wissenschaftler Berend Smit und der EPFL-Doktorandin Bardiya Valizadeh die Extraktion von sechswertigem Chrom aus Wasser nachgewiesen. Mit sechswertigem Chrom, einer relativ leichten Substanz, können die MOFs etwa 208 Milligramm pro Gramm MOF extrahieren. Wenn Sie das MOF mit Licht bestrahlen, wandelt es das hochgiftige sechswertige Chrom in ein relativ ungiftiges dreiwertiges Chrom um.

Weitere Entwicklungen sind erforderlich, um die Technologie zur Dekontaminierung von Wasser ausserhalb des Labors umzusetzen.

"Das Tolle an unseren Schwämmen ist, dass sie relativ einfach und billig herzustellen sind", erklärt Queen. "Der nächste Schritt ist, unsere Schwämme in grösserem Massstab zu testen.

Die Wissenschaftler erwarten zum Beispiel, dass die Herstellung von 1 kg MOFs etwa 15 CHF kostet, während 1 kg Gold etwa 55 000 CHF wert ist.