In einer aktuellen Studie zeigen Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), wie man Plastikpartikel verschiedener Sorten und Größen mithilfe ungiftiger, speziell beschichteter Eisenoxid-Nanopartikel aus Wässern entfernen kann. Das FAU-Forscherteam um Prof. Marcus Halik (Department Werkstoffwissenschaften, Interdisziplinäres Zentrum für Nanostrukturierte Filme – IZNF), Prof. Dirk Zahn (Professur für Theoretische Chemie, Computer Chemistry Center – CCC), Prof. Erdmann Spiecker (Department Werkstoffwissenschaften, Center for Nanoanalysis and Electron Microscopy (CENEM) sowie Prof. Christoph Alexiou (Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON) der Hals-Nasen-Ohren-Klinik) nutzten hierzu sogenannte SPIONs (SuperParamagnetic Iron Oxid Nanoparticles). Vereinfacht könne man diese Materialien laut FAU auch als „smarten Rost“ bezeichnen. Die oberflächenmodifizierten SPIONs, die mit etwa 30 Nanometer Durchmesser deutlich kleiner sind als die untersuchten Plastikpartikel (100 bis 970 Nanomenter), wechselwirken mit den Plastikpartikeln wie eine Art Kleber und verklumpen diese zu größeren Aggregaten. Diese Aggregate aus Nanoplastik und Eisenoxid lassen sich nach Angaben der FAU nunmehr einfach durch einen Magneten aus dem Wasser entfernen.
Erfolgversprechend an diesem Konzept sei, dass durch die Oberflächenfunktionalisierung die SPIONs derart eingestellt werden, das bestimmte Plastiksorten bevorzugt anbinden. Dabei sei das Konzept so variabel, dass auch eine Breitband-Effizienz für Mischungen von Nanoplastik erreicht werde – wie sie auch in der Umwelt vorkommen. Der wissenschaftliche Hintergrund dieser Wechselwirkungen, die hauptsächlich auf entgegengesetzten Oberflächenladungen der SPIONs und der Plastikpartikel basieren, wurde in der Arbeitsgruppe von Prof. Halik von Marco Sarcletti umgesetzt und durch Experimente bestätigt. Durch Simulationen (AG Zahn) wurde dieses Konzept theoretisch untermauert und die Morphologie der Agglomerate detailliert untersucht.
Die Experimente liefern darüber hinaus deutliche Anzeichen dafür, dass durch die spezielle Struktur der Moleküle an der SPION-Oberflächen eine Selektivität zwischen Plastikpartikeln und anorganischen Sedimentpartikeln erreicht werden kann. Das ist entscheidend, weil somit natürliche Sedimente die Effektivität der Reinigung nicht mindern. In einer eigens für magnetische Nanopartikel entwickelten Teststrategie zeigten die Forscher, dass die verwendeten SPIONs nicht toxisch sind (AG Alexiou). Auch dieser Befund ist fundamental für eine spätere praktische Anwendung.
Natürlich konnten mit dieser Studie nicht alle Fragen beantwortet werden, und kein technisches Verfahren ist geeignet, die gesamten 1,4 Milliarden Kubikkilometer Wasser auf der Erde von Mikro- und Nanoplastik zu reinigen. Jedoch arbeitet das Team um Prof. Halik derzeit an einer technischen Umsetzung zur Skalierung der magnetischen Wasserreinigung. Ziel ist dabei den zukünftigen Eintrag, der im Wesentlichen über Flüsse erfolgt, zu minimieren.
