Auch heute noch kontaminiert sechswertiges Chrom Wasserquellen auf der ganzen Welt und erst vor kurzem, im Februar dieses Jahres, wurde ein US-amerikanisches Unternehmen für die Gefährdung von Mitarbeitenden mit einer Geldstrafe belegt. Sechswertiges Chrom gilt als äusserst giftig, insbesondere beim Einatmen oder Verschlucken und sein Einsatz ist in Europa und in vielen Ländern der Welt geregelt. Es ist genotoxisch und kann DNA-Schäden und die Bildung von Krebstumoren auslösen.
Nun entwickeln Chemiker an der EPFL energieeffiziente Verfahren zur Extraktion von Verunreinigungen wie sechswertigem Chrom, das sich neu ebenfalls aus Wasser herausfiltern lässt. Die Ergebnisse werden heute im Journal of Materials Chemistry A veröffentlicht.
«Der Zugang zu sauberem Wasser ist eine der Hauptherausforderungen unserer Zeit», sagt die Hauptautorin Wendy Queen vom Laboratory of Functional Materials der EPFL. «Die Entwicklung energieeffizienter Verfahren, mit welchen Wasserverunreinigungen innert kürzester Zeit entfernt werden können, spielen bei unseren Bemühungen, die Gesundheit von Mensch und Umwelt weltweit zu verbessern, eine entscheidende Rolle».
Queen und ihre Kollegen entwickeln schwammartige Materialien, die in der Lage sind, bestimmte Substanzen aus der Lösung zu sammeln. Bei den von ihnen entwickelten Materialien handelt es sich um Kristalle, um sogenannte metallorganische Gerüste (MOFs). Die Wissenschaftler passen diese kristallinen Strukturen entsprechend an, um eine ganz bestimmte Substanz einzufangen.
Die Materialien sind extrem porös und die in einem Gramm dieser MOFs enthaltene Kontaktfläche kann die Grösse eines Fussballfeldes erreichen. Die Zielsubstanz dringt durch die Poren ein und bleibt in einem Prozess, der Adsorption genannt wird, an der Oberfläche im Innern haften.
Die Wissenschaftler konnten neulich nachweisen, dass ihre Materialien auch andere in Lösung gelöste Substanzen wie Gold, Quecksilber oder Blei wirksam absorbieren können. So lässt sich zum Beispiel mit 1 Gramm MOF fast 1 Gramm Gold gewinnen. Nun gelang Queen in Zusammenarbeit mit dem EPFL-Wissenschaftler Berend Smit und dem EPFL-Doktoranden Bardiya Valizadeh die Entfernung von sechswertigem Chrom aus Wasser. Sechswertiges Chrom ist eine relativ leichte Substanz und pro Gramm MOF können rund 208 Milligramm davon extrahiert werden. Richtet man Licht auf die MOFs, wird das hochgiftige sechswertige Chrom in ein relativ ungiftiges dreiwertiges Chrom umgewandelt.
Bevor das Verfahren auch ausserhalb des Labors zum Einsatz kommen kann, sind weitere Entwicklungen erforderlich.
«Das Grossartige an unseren Schwämmen ist, dass sie relativ einfach und preisgünstig hergestellt werden können», erklärt Queen. «In einem nächsten Schritt sollen die Schwämme in grösserem Umfang getestet werden.»
Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass zum Beispiel 1 kg MOFs ungefähr 15 CHF kosten wird, während 1 kg Gold rund 55'000 Franken wert ist.
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