Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Synthetische Adsorber zur Entfernung von Umweltschadstoffen

Viele Medikamente werden in den biologischen Stufen der Kläranlagen nicht oder nicht effektiv abgebaut. Da die Pharmaka bzw. deren Metabolite gut wasserlöslich sind, werden sie zudem nur wenig in den Sedimenten gebunden und gelangen aus den kontaminierten Oberflächengewässern bis in das Grundwasser. Über 100 verschiedene Arzneimittelwirkstoffe wurden bislang, teilweise in Konzentrationen oberhalb ökotoxikologischer Wirkschwellen, im aquatischen Kreislauf nachgewiesen. Ein Abbau der Pharmaka mit physikalisch-chemischen Methoden wie der Ozonolyse oder der Adsorption an Aktivkohle ist kostenintensiv oder es entstehen toxische Abbauprodukte.

Am Fraunhofer IGB verfolgen wir daher den Ansatz, selektive Adsorber für gängige Pharmazeutika herzustellen, die als Spurenschadstoffe (micropollutants) über die Abwässer auch in das Grundwasser oder in Oberflächengewässer gelangen.

Spezifische Adsorber für Spurenschadstoffe in Abwasser

Nanopartikel mit Polymerschale und magnetisierbarem Kern (Magnetit), welche durch einen Magneten angezogen werden.

In einem durch das Umweltministerium Baden-Württemberg geförderten Projekt haben wir nano- und mikrostrukturierte NanoMIPs gegen die weit verbreiteten Stoffe Diclofenac und Pentoxifyllin hergestellt. Wir konnten an Modelllösungen zeigen, dass ein Gramm der NanoMIPs bis zu 500 µg Pentoxifyllin aufnehmen kann. In einer vom Fraunhofer IGB betriebenen Abwasserbehandlungsanlage im Robert-Bosch-Krankenhaus, Stuttgart, kann der Praxistest der NanoMIPs an realem Krankenhausabwasser durchgeführt werden.

Die spezifischen Adsorberkügelchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von nur 200 Nanometer können, in eine Membran eingebunden, zur Adsorption der Schadstoffe über ein Filtrationsverfahren eingesetzt werden. Ebenso ist es möglich, die Nanopartikel mit einem magnetisierbaren Kern auszustatten. Dann ließen sie sich – und mit ihnen die gebundenen Pharmaka – aus zum Beispiel Abwasser einfach mit einem Magnetabscheider abfangen.

Umgekehrt lassen sich auf die gleiche Weise mit spezifisch geprägten Nanopartikeln auch Wertstoffe effektiv aufreinigen. Nach Abtrennung der gewünschten Substanzen über die Kügelchen können diese aus den Prägestellen auf der Oberfläche der NanoMIPs einfach herausgelöst werden.

WaterMIM – geprägte Adsorber für Bisphenol A

Adsorbierte Masse Bisphenol A in mg pro g Polymer von Bisphenol-A-geprägten und ungeprägten Polymernanopartikeln.
Adsorbierte Masse Bisphenol A in mg pro g Polymer von Bisphenol-A-geprägten und ungeprägten Polymernanopartikeln.

Für die Substanz Bisphenol A, welcher als Weichmacher in der Kunststoffindustrie verwendet wird und östrogene Wirkung zeigt, haben wir in einem von der EU geförderten Projekt in Zusammenarbeit mit dem IGVT der Universität Stuttgart spezifische Adsorberpartikel hergestellt.

Förderung

Das Projekt »WaterMIM« wurde von der Europäischen Union gefördert.

Das Projekt »Spezfische Entfernung von Umweltschadstoffen mit Adsorbern aus nanostrukturierten Kunststoffen« wurde vom Umweltministerium Baden-Württemberg im Rahmen des Programms »Betriebliche Umwelttechnik« gefördert.