Forschende des ICMM-CSIC entwickeln magnetische Eisenoxid-Nanoflowers, die PET-Nanoplastik aus Wasser ziehen und in Filtermaterial für weitere Schadstoffe umwandeln.
Vom Plastik, das Wasser verschmutzt, zur Technologie, die es wieder reinigen hilft. Forschende am Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) des CSIC haben blütenförmige Eisenoxid-Nanopartikel entwickelt. Diese können Nanoplastikteilchen einfangen – Fragmente, die tausendmal kleiner sind als ein Mikroplastikpartikel – und stammen aus PET, einem der verbreitetsten Kunststoffe für Flaschen, Verpackungen und Polyesterkleidung. Die Studie ist im Fachjournal Chemical Engineering Journal erschienen.
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Das Geheimnis liegt in der Form. „Eisenoxid ist ein magnetisches Material, mit dem sich viele Schadstoffe gleichzeitig einfangen lassen. Außerdem sorgt seine Nanoblumen-Struktur dafür, dass die Partikel mehrere Kerne haben, die zusammenarbeiten und ihre magnetischen Eigenschaften verstärken“, erklärt Álvaro Gallo-Córdova, Forschender am ICMM-CSIC und einer der Hauptautoren der Studie, gemeinsam mit Rafael Herrera-Aquino und María del Puerto Morales.
Von Mikroplastik in Kosmetik zu Nanoplastik aus PET
Diese Partikel haben ihren Nutzen bereits unter Beweis gestellt: 2024 gelang es dem Team, Mikroplastik zwischen 0,001 und 5 Millimeter aus Kosmetika zu entfernen und abzubauen. Der nächste Schritt betrifft jetzt die Größenordnung. Nanoplastik misst nur ein milliardstel Meter, tausendmal weniger als diese Mikroplastikteilchen.
„Wenn PET-Kunststoffe ihr Nutzungsende erreichen, landet ein großer Teil in der Umwelt. Dort wirken Sonnenlicht und mechanischer Abrieb wie Schmirgelpapier, zerkleinern das Material und verwandeln es in Nanoplastik, eine Art feinstes Pulver, das unsere Böden und Wasserressourcen belastet“, sagt Gallo-Córdova.
Schon ein Gramm dieser magnetischen Nanoblumen kann bis zu 10.000 Milligramm Nanoplastik binden – eine Zahl, die das Team als bislang beispiellos bezeichnet.
Schadstoff wird zum Werkzeug gegen andere Schadstoffe
Die Arbeit endet nicht mit dem Einfangen. Sobald das Nanoplastik gebunden ist, verwandelt das Team es in ein magnetisches Material. Dieses kann Schwermetalle oder organische Farbstoffe aus Wasser entfernen und sogar katalytische Abbauprozesse unterstützen.
„Nachdem wir das Nanoplastik mithilfe unserer magnetischen Nanopartikel eingefangen haben, veredeln wir es zu funktionellen Materialien. So wird ein belastender Abfall in einen neuen Rohstoff innerhalb eines Konzepts der Kreislaufwirtschaft verwandelt“, fasst der Forschende zusammen. Anders gesagt: Sie nutzen den Abfall selbst, um andere Schadstoffe zu beseitigen und schenken einem Stoff, der sonst im Müll landen würde, ein zweites Leben.
Der Prozess benötigt kaum Energie, denn die magnetische Erwärmung wirkt lokal direkt an der Oberfläche der Nanopartikel – ohne dass das gesamte Wasser erhitzt werden muss.
Die Partikel sind zudem langlebig: Nach fünf Zyklen behielten die Nanoblumen 88 % ihrer Reinigungsleistung und gaben weniger als 0,82 % ihres ursprünglich enthaltenen Eisens an das Wasser ab. Das bestätigt, dass sie stabil, wiederverwendbar und sicher sind. Das Team des ICMM-CSIC richtet den Blick nun auf die fortschrittliche Wasseraufbereitung als nächstes Einsatzfeld für diese Technologie.