Arzt entwickelt Luffaschwamm, der Öl und Mikroplastik aufsaugt

Der vom Forschungsteam um Dr. Tran Thi Viet Ha (32 Jahre alt) entwickelte Luffaschwamm hat die Wirkung, Öl und Mikroplastik aus dem Wasser zu trennen und so zur Lösung von Umweltverschmutzungsproblemen beizutragen.

Im Jahr 2021 kamen Dr. Tran Thi Viet Ha, Dozentin an der Fakultät für fortgeschrittene Technologie und Ingenieurwissenschaften der Vietnam-Japan-Universität (Vietnam National University, Hanoi), und ihre Teammitglieder auf die Idee, aus Luffafasern superhydrophobe Materialien herzustellen, um Öl und Mikroplastikpartikel aus dem Wasser zu entfernen. Nach über einem Jahr Forschung entwickelte das Team ein superhydrophobes Schaumprodukt, das aus zwei Hauptkomponenten besteht: der Basisschicht und der Beschichtungsschicht.

Die Basisschicht besteht aus alten, natürlichen Luffafasern, da diese viele hydrophile Hydroxylgruppen enthalten und dadurch eine natürliche Saugfähigkeit besitzen. Beim Reinigungsschritt wird die Oberfläche des Luffas in eine Wachsschicht getaucht und besprüht, um die Fasern aufzurauen und gleichzeitig ihre Eigenschaften von hydrophil zu hydrophob zu ändern.

Die Beschichtung besteht aus Bienenwachs, Palmwachs, Bohnenwachs..., die völlig natürlich und umweltfreundlich sind.

Der wachsbeschichtete Schwamm ist wasserdicht, nimmt jedoch Öl vollständig auf. Außerdem zieht es aufgrund des Kapillarphänomens aufgrund der 3D-Strukturen und der elektrostatischen Wechselwirkung zwischen der Materialoberfläche und den Kunststoffpartikeln leicht Mikroplastikpartikel mit einer Größe von etwa 5 μm an.

Nach der Wachsbeschichtung ist ein Luffa vollkommen wasserfest. Foto: Forschungsteam

Testergebnisse zeigen, dass die hydrophoben Eigenschaften von Luffa bei einem Wasserkontaktwinkel von über 150 Grad gut sind. Dies ist die Grundlage für die Abtrennung von Öl und die Erfassung von Mikroplastikpartikeln im Wassergemisch.

Laut dem Forschungsteam wird eine Oberfläche anhand des Kontaktwinkels zwischen dem Wassertropfen und der festen Oberfläche als hydrophob oder hydrophil beurteilt. Wenn der Kontaktwinkel größer als 150 Grad ist, wird die Oberfläche superhydrophob. Daher konnte die Superhydrophobie des Luffaschwamms erfolgreich nachgewiesen werden.

Luffaschwämme können Öl mit einer Rate von etwa 72–88 g/g absorbieren, wobei die Trenneffizienz bei Öl-/Wassergemischen über 99 % liegt. Darüber hinaus zeigte das Material eine hohe Aufnahme von Mikroplastik. Das Ergebnis waren 381 mg Polystyrol-Mikroplastik in 569 g Wasser, was einer Effizienz von 99 % entspricht.

Dr. Ha und seine Kollegen haben ähnliche Untersuchungen an Industrieschäumen wie Polyurethanschaum, Melaminschaum und chemischen Beschichtungsmaterialien mit komplexen Methoden durchgeführt, die nur für den Labormaßstab geeignet waren. Mittlerweile wird angenommen, dass Beschichtungsverfahren mit Luffa-Material und natürlichem Wachs in größerem Maßstab in die Praxis umgesetzt werden können. „Der Vorgang ist einfach, die Ausrüstung ist leicht zu beschaffen und erfordert keine großen technischen Fähigkeiten. Vor allem die Herstellung dauert nur eine Stunde und ist schnell“, sagte die Ärztin.

Ein Luffaschwamm kann Öl von Wasser trennen. Foto: Forschungsteam

Ein Bericht der Weltbank vom Juli 2022 schätzt, dass in Vietnam jedes Jahr etwa 3,1 Millionen Tonnen Plastikmüll an Land landen. Außer Mikroplastik kann auch Öl durch direkte oder indirekte Einleitung in Wasserquellen gelangen und sich auf verschiedenen Wegen in der Umwelt verbreiten, was zu zahlreichen potenziellen Gesundheitsproblemen für Mensch und Tier führen kann.

Zur Lösung dieses Problems wurden zahlreiche Methoden angewandt, darunter Verbrennung, chemische Behandlung, biologische Behandlung …, doch kann es zu einer Sekundärverschmutzung kommen. Beispielsweise kann durch die Verbrennungsmethode Öl aus dem Wasser entfernt werden, es entsteht jedoch auch Luftverschmutzung, da nach dem Prozess große Mengen CO2 und SO2 freigesetzt werden.

Dr. Ha sagte, dass der Faserschaum der Gruppe zur Behandlung der Umweltverschmutzung und zur Überwindung der oben genannten Probleme eingesetzt werden könne. Die Studie wurde im Juni 2023 in der Zeitschrift Environmental Technology & Innovation veröffentlicht.

Assoc.Prof. Dr. Nguyen Minh Phuong von der Fakultät für Chemie der University of Science (Vietnam National University, Hanoi) schätzte, dass Öl und Mikroplastik zwei Umweltschadstoffe seien, die nicht nur in Vietnam, sondern weltweit Anlass zu großer Sorge gäben. Die Verschmutzung von Oberflächengewässern durch Ölteppiche stellt ein ernsthaftes Problem dar. Das zu seiner Entfernung benötigte Material muss sehr leicht sein und auf der Wasseroberfläche schwimmen können. Mikroplastik ist mittlerweile giftiger als großes Plastik und mit bloßem Auge erkennbar. Die beiden Themen, denen sich die Forschungsgruppe von Dr. Ha widmet, sind sowohl aktuell als auch von praktischer Bedeutung.

Laut Associate Professor Phuong ist die Forschung im Bereich der Behandlung von Öl und Mikroplastik in der aquatischen Umwelt sowohl im Inland als auch international noch recht bescheiden. Bisher hat noch keine Forschungsgruppe ein Material entwickelt, mit dem Öl und Mikroplastik in Gewässern gleichzeitig behandelt werden können.

Sie sagte, dass die Verwendung von Luffa zur Bekämpfung der Umweltverschmutzung eine neue und einzigartige Idee sei, da es sich dabei um ein natürliches Material handele, das umweltfreundlich und biologisch abbaubar sei. Luffa wurde in einigen Studien zu Materialien für die Behandlung anorganischer Schadstoffe wie Schwermetalle in Wasser verwendet, da es über herausragende Eigenschaften wie große Oberfläche und große Porengröße verfügt und sehr leicht ist und problemlos auf der Wasseroberfläche schwimmt.

Superhydrophobe Materialien sind für Wissenschaftler auf der ganzen Welt auch aufgrund ihrer Fähigkeit, Öl selektiv zu absorbieren, von Interesse. Typischerweise werden chemische Methoden verwendet, um poröse Materialien in hydrophobe Oberflächen umzuwandeln.

Laut PSG Phuong ist die Verwendung von Wachsen natürlichen Ursprungs, wie sie die Forschungsgruppe vorschlägt, zur Modifizierung der Materialoberfläche eine interessante Idee mit hohem Anwendbarkeitspotenzial.

Bich Thao

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