Funktionalisiertes Eisenoxid

Partikel mit hoher Anziehungskraft für Kohlenwasserstoffe

Ein Forscherteam hat funktionalisierte Eisenoxidpartikel entwickelt, die Kohlenwasserstoffe an sich ziehen. Die Wissenschaftler möchten dies als Methode zur Gewässerreinigung nutzbar machen.

Schematische Darstellung des von FAU-Werkstoffwissenschaftlern entwickelten Verfahrens. © FAU/Marco Sarcletti

Ölfilme auf der Meeresoberfläche können möglicherweise künftig mittels Magneten beseitigt werden. Eine interdisziplinäre Gruppe von Forschern der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) unter der Federführung von Prof. Dr. Marcus Halik hat Partikel aus funktionalisiertem Eisenoxid entwickelt, die beliebige Kohlenwasserstoffe an sich ziehen. Die magnetischen Teilchen samt Hülle lassen sich dann auf relativ einfache und umweltschonende Weise aus Wasser entfernen und sind nach der Reinigung sogar erneut verwendbar.

Im Fachjournal Advanced Functional Materials haben die Wissenschaftler ihre Studie jetzt vorgestellt. Sie beschreiben darin, wie Eisenoxidpartikel durch Selbstanlagerung einer Funktionalisierungsschicht darauf spezialisiert werden, ausschließlich Kohlenwasserstoffe zu adsorbieren. Zu dieser chemischen Stoffgruppe zählen leichtere Verbindungen wie Alkane und Aromaten, aber auch Rohöl, Benzin und Diesel. Wie angesaugt lagern solche Kohlenwasserstoff-Moleküle um die staubfeinen Teilchen und erreichen dabei ein Volumen, das bis zum 14fachen des Partikelkerns anwachsen kann. Unter http://omd.fau.de/oilcatch/ ist ein Video abrufbar, das den Auftrag von Eisenoxid-Puder auf flüssiges Öl und die umgehende Verwandlung in eine Masse zeigt, die per Magnet abzuheben ist. Magnetische Eigenschaften bringt Eisenoxid von vornherein mit.

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Alternative Methode zur Gewässerreinigung
Das große Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis, welches Nanopartikel bieten, und das günstige Verhältnis zur Menge der adsorbierten Kohlenwasserstoffe tragen ebenso wie die mehrfache Nutzbarkeit des Ausgangsmaterials zur enormen Effizienz des Verfahrens bei. Zudem kann Wasser vollständig von Öl und Ölprodukten befreit werden. Konventionelle Methoden erzeugen dagegen Dispersionen, also Stoffgemische, wodurch die Kohlenwasserstoffe zwar leichter durch Bakterien abzubauen sind, bis dahin aber im Meerwasser bleiben.

Das vorgestellte System könnte in Zukunft helfen, durch Ölverschmutzungen ausgelöste ökologische Katastrophen deutlich zu verringern. Derzeit arbeiten die FAU-Wissenschaftler gemeinsam mit Partnern der Industrie daran, die Herstellung der Materialien zu skalieren und das Konzept auf reale Anwendungen zur Gewässerreinigung zu übertragen.

Die Forschungen umfassten neben der Herstellung und Charakterisierung der Partikel auch Experimente mit verschiedenen Kohlenwasserstoffen, Modell- und Realwässern bei unterschiedlichen Temperaturen, ergänzt durch molekulare Simulationen, die eine zusätzliche Verbesserung der Materialien ermöglichten. Beigetragen haben drei Arbeitsgruppen an der Technischen und der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg: Wissenschaftler um Prof. Dr. Marcus Halik (Department Werkstoffwissenschaften, Organic Materials & Devices), Prof. Dr. Andreas Hirsch (Department für Chemie und Pharmazie, Organische Chemie II) und Prof. Dr. Dirk Zahn (Professur für Theoretische Chemie, Computer Chemistry Center). Die Arbeiten wurden durch den Exzellenzcluster EAM (Engineering of Advanced Materials) aus der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder und durch die Graduate School Molecular Science (GSMS) an der FAU unterstützt.

Publikation:
Superoleophilic Magnetic Iron Oxide Nanoparticles for Effective Hydrocarbon Removal from Water, in: Advanced Functional Materials ; https://doi.org/10.1002/adfm.201805742

Quelle: FAU

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