Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Mit dem neuen Verfahren lassen sich Schadstoffe im Wasser sogar durch bloßes Sonnenlicht abbauen.
Foto: Robert Naumann / Uni Halle
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Sonnenlicht genügt: Chemiker zeigen, wie sich Schadstoffe im Wasser extrem einfach zerstören lassen

Nummer 173/2018 vom 26. November 2018
Fortschritt für die Umwelttechnik: Um langlebige Schadstoffe im Wasser abzubauen, braucht es keine komplexen Filter- oder Laseranlagen. Chemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) haben hierfür ein neues Verfahren entwickelt, das sogar mit bloßem Sonnenlicht funktioniert. Das Verfahren ist so simpel, dass es selbst unter einfachsten Bedingungen im Freien durchgeführt werden kann. Ihre Forschung präsentieren die Chemiker in der Fachzeitschrift "Chemistry - a European Journal".

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", sagt Prof. Dr. Martin Goez vom Institut für Chemie der MLU. 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. Die Arbeitsgruppe von Goez arbeitet seit Jahren an Möglichkeiten, diese zu ersetzen. Erst vor wenigen Monaten präsentierte sie einen neuen Ansatz, bei dem als Energiequelle nur noch eine grüne Leuchtdiode nötig war. Zusätzlich zum Einsatz kamen nur 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 Gruppe suchte deshalb nach einem Weg, diese Zusatzstoffe zu vermeiden. Fündig wurde sie schließlich 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", sagt Goez. Das haben die Chemiker in ihrer Studie auch bewiesen: 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.

 

Zur Studie: Naumann R., Goez M., First Micelle-Free Photoredox Catalytic Access to Hydrated Electrons for Syntheses and Remediations with a Visible LED or even Sunlight, Chem. Eur. J., doi: 10.1002/chem.201803929

 

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