Feiner Filter

News: Feiner Filter

Die Müllberge wachsen, verseuchtes Wasser leckt aus altersschwachen Rohrleitungen und verstrahlte Abfälle aus Atomkraftwerken reisen um den Globus. Neue Möglichkeiten der Entsorgung und Aufbereitung sind mehr als überfällig. Forscher haben nun eine Methode entwickelt, Kationen gezielt aus dem Wasser zu fischen, indem sie eine Art molekularen Filter benutzen. Auf diese Weise lassen sich sogar wertvolle Rohstoffe zurückgewinnen.

Thorsten Krome

Abfall und Abwasser ist schnell produziert – aber leider oft nur sehr schwerlich wieder aufbereitet. Es sind häufig große Anstrengungen nötig, um aus verseuchtem Wasser schädliche Chemikalien oder gar radioaktive Materialien auszusondern.

Forscher an den Sandia National Laboratories haben sich diesem Problem angenommen und einen neuen Filter entwickelt, der selektiv bestimmte Bestandteile aus einer Lösung fischt. Die Wissenschaftler nennen ihr Material SOMS als Abkürzung für Sandia Octahedral Molecular Sieves. Dabei handelt es sich um eine mikroporöse Substanz aus Natrium-Schwefel-Oxid, versetzt mit den Übergangsmetallen Titan oder Zirkon. Es sieht ein bisschen wie ein Schwamm aus, mit Öffnungen zwischen vier und fünfzehn Ångström.

Der mikroskopische Schwamm saugt doppelwertige Kationen in seine mikroskopischen Poren auf und hält sie dort mit negativ geladenen Bindungsplätzen fest, die zuvor von schwächer geladenen Ionen verlassen wurden – das Prinzip eines Ionenaustauschers, wie er auch für den Haushalt erhältlich ist. Allerdings erweist sich das mikroporöse Material als sehr wählerisch: Über die Porengröße können die Forscher nämlich die Ionen und Moleküle bestimmen, die gebunden werden sollen.

"SOMS faszinieren nicht nur als neues Material", erzählt Tina Nenoff von Sandia, "sie besitzen einzigartige Eigenschaften, die nützlich zur Beseitigung von Schadstoffen und für industrielle Prozesse sind."

Sie filtern beispielsweise sehr effektiv Strontium-90, ein recht gängiger radioaktiver Bestandteil in diversem flüssigen Sondermüll. Im Labortest konnten SOMS 99,8 Prozent der Strontium-90-Ionen aus einer Lösung trennen, obwohl der Gesamtgehalt an dem radioaktiven Element nur bei eins zu einer Million lag und außerdem chemisch sehr ähnliches Natrium in sehr hoher Konzentration vorhanden war.

"Wir können die Porengröße und das chemische Verhalten der SOMS im Nanometerbereich so einstellen, dass das Material ausgewählte Kationen in großen Mengen in jeder Umgebung einfängt", erklärt Nenoff. So lassen sich auch wertvolle Rohmaterialien, wie Chrom, Cobalt und Nickel aus industriellen Abwässern zurückzugewinnen.

SOMS können außerdem noch mit einer weiteren praktischen Eigenschaft aufwarten: Erhitzt man sie über 500 Grad Celsius, so kollabieren sie in dichte Materialien – so genannte Perowskite. Dabei verschließen sich auch die Poren im Kristallgitter und verpacken dabei sämtliche Schadstoffe sicher in ihrem Innern, geschützt selbst vor starken Säuren und hohen Temperaturen. So ist es möglich, Abwasser durch eine Anordnung von SOMS zu pumpen, und diese, nachdem sie mit Schadstoffen gesättigt sind, sicher zu verschließen und zu entsorgen.