27.11.2018

Solare Abwasserbehandlung

Um langlebige Schadstoffe im Wasser abzubauen, braucht es nicht unbedingt komplexe Filter- oder Laseranlagen. Chemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) haben ein neues Verfahren entwickelt, das mit bloßem Sonnenlicht funktioniert. Das Verfahren ist so simpel, dass es selbst unter einfachsten Bedingungen im Freien durchgeführt werden kann. Damit der Schadstoffabbau im Wasser gelingen kann, benötigen die Chemiker der MLU im Wasser frei bewegliche Elektronen, sogenannte hydratisierte Elektronen. Diese Elektronen sind extrem reaktionsfreudig und können für ganz verschiedene Reaktionen eingesetzt werden. Sie zersetzen selbst hartnäckigste Schadstoffe. Damit das funktioniert, müssen die Elektronen jedoch aus den Molekülen gelöst werden, in denen sie normalerweise fest gebunden sind. Dafür waren bisher komplexe und teure Hochleistungslaser nötig. Alternativ konnte bisher eine grüne Leuchtdiode genutzt werden. Zusätzlich zum Einsatz kamen dann noch Vitamin C und Spuren eines Metallkomplexes als Katalysator, der die gewünschte Reaktion herbeiführt. Dafür musste der Katalysator aber in winzige Container, sogenannte Mizellen, gebunden werden. Das verringerte die Effizienz der Reaktion und zudem waren die verwendeten Mizellbildner selbst nur bedingt biologisch abbaubar. Die Chemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg suchten deshalb nach einem Weg, diese Zusatzstoffe zu vermeiden. Fündig wurde sie bei einem hochgeladenen anionischen Katalysator auf Basis eines Ruthenium-Metallkomplexes. In Kombination mit Urat, dem Salz der Harnsäure, konnten die Forscher die gewünschte Reaktion durch die Ausnutzung der abstoßenden Coulombwechselwirkungen in Wasser ohne Mizellen herbeiführen. In weiterführenden Untersuchungen stellten sie fest, dass das neue Verfahren eine breit einsetzbare und sehr effiziente Methode darstellt, hydratisierte Elektronen zu erzeugen. Der Aufbau ist so einfach, dass er nicht einmal in einem Labor stattfinden muss. In einem Freilandversuch auf einer Wiese testeten sie ihr neues Verfahren in mit Chloressigsäure verunreinigtem Wasser. Das Ergebnis: Selbst bei moderatem Sonnenschein war es möglich, die Schadstoffe in einer kleinen Wasserprobe zu beseitigen. Ob sich das Verfahren der halleschen Chemiker auch im großen Maßstab für die Schadstoffbeseitigung umsetzen lässt, wird in Folgestudien geklärt werden. Ihre Forschung präsentieren die Chemiker in dem Aufsatz „First Micelle-Free Photoredox Catalytic Access to Hydrated Electrons for Syntheses and Remediations with a Visible LED or even Sunlight” in der Fachzeitschrift „Chemistry - a European Journal”.