Forschende der Friedrich Alexander Universität Erlangen Nürnberg haben ein Verfahren entwickelt, mit dem funktionalisierte magnetische Eisenoxid Nanopartikel PFAS und sogar fluorhaltiges Mikroplastik aus Wasser entfernen können. Die Partikel binden die Schadstoffe an ihrer Oberfläche und lassen sich anschließend einfach mit einem Magneten aus dem Wasser entfernen. Erste Praxistests zeigen vielversprechende Ergebnisse für die zukünftige Wasseraufbereitung.
Wie können magnetische Nanopartikel PFAS aus Wasser entfernen?
| Wichtigste Fakten | Details |
|---|---|
| Technologie | Funktionalisierte magnetische Eisenoxid Nanopartikel |
| Ziel | Entfernung von PFAS und fluorhaltigem Mikroplastik |
| Besonderheit | Magnetische Trennung der Schadstoffe aus Wasser |
| Praxistest | Bis zu 87 Prozent weniger PFAS im belasteten Trinkwasser |
| Weitere Vorteile | Teilweise regenerierbar, mehrfach verwendbar und technisch skalierbar |
| Forschung | Friedrich Alexander Universität Erlangen Nürnberg |
PFAS gehören inzwischen zu den größten Herausforderungen im Umwelt und Gewässerschutz. Die chemischen Verbindungen werden seit Jahrzehnten in zahlreichen Produkten eingesetzt und gelangen dadurch in Böden, Flüsse, Seen und teilweise sogar in Trinkwasser. Weil sie in der Natur kaum abgebaut werden, tragen sie den Namen Ewigkeitschemikalien.
Während klassische Verfahren zur Wasseraufbereitung viele Schadstoffe zuverlässig entfernen können, gelten PFAS aufgrund ihrer außergewöhnlichen chemischen Stabilität als besonders schwierig. Ein deutsches Forschungsteam hat nun eine Technologie vorgestellt, die dieses Problem auf innovative Weise lösen könnte. Dabei kommen speziell entwickelte magnetische Nanopartikel zum Einsatz, die Schadstoffe gezielt binden und anschließend mithilfe eines Magneten wieder aus dem Wasser entfernt werden.
Ein Forschungsteam der Friedrich Alexander Universität Erlangen Nürnberg entwickelte funktionalisierte Eisenoxid Nanopartikel, die PFAS sowie fluorhaltiges Mikroplastik aus Wasser binden und anschließend magnetisch entfernen können.
PFAS zählen weltweit zu den problematischsten Umweltchemikalien. Neue Technologien zur effizienten Entfernung könnten den Schutz von Trinkwasser deutlich verbessern und gleichzeitig den Aufwand der Wasseraufbereitung reduzieren.
Die Ergebnisse sind insbesondere für Wasserversorger, Umweltbehörden, Industrie, Forschungseinrichtungen sowie Verbraucher interessant, die langfristig von saubereren Wasserressourcen profitieren könnten.
Warum gelten PFAS als Ewigkeitschemikalien?
PFAS steht für per und polyfluorierte Alkylsubstanzen. Hinter dieser Bezeichnung verbirgt sich eine große Stoffgruppe mit mehreren tausend unterschiedlichen chemischen Verbindungen. Gemeinsam ist ihnen eine besonders stabile Bindung zwischen Kohlenstoff und Fluor. Diese zählt zu den stärksten chemischen Bindungen überhaupt.
Genau diese Stabilität macht PFAS für viele industrielle Anwendungen attraktiv. Gleichzeitig sorgt sie jedoch dafür, dass die Stoffe in der Umwelt kaum natürlich abgebaut werden. Einmal freigesetzt, können sie über Jahrzehnte oder sogar deutlich länger in Böden und Gewässern verbleiben.
Wo kommen PFAS im Alltag vor?
Viele Menschen kommen täglich mit PFAS in Berührung, ohne es zu wissen. Die Stoffe wurden über Jahrzehnte in zahlreichen Produkten eingesetzt.
- Outdoor Bekleidung mit wasserabweisender Beschichtung
- Pfannen mit Antihaft Beschichtung
- Verpackungen für Lebensmittel
- Löschschäume
- Kosmetische Produkte
- Industrieanlagen
- Textilien
- Elektronik
Durch Abrieb, Waschen oder Produktionsprozesse gelangen die Verbindungen nach und nach in die Umwelt.
Warum ist die Entfernung von PFAS aus Wasser so schwierig?
Viele klassische Filterverfahren stoßen bei PFAS schnell an ihre Grenzen. Die Moleküle sind ausgesprochen klein, chemisch äußerst stabil und wasserlöslich. Dadurch passieren sie zahlreiche Reinigungsstufen, ohne vollständig entfernt zu werden.
Zwar existieren bereits Verfahren wie Aktivkohlefilter oder Ionenaustauscher, doch diese besitzen ebenfalls Nachteile. Manche müssen regelmäßig ersetzt werden, andere funktionieren nur für bestimmte PFAS Verbindungen oder verlieren bei stark belastetem Wasser an Effizienz.
Aus diesem Grund suchen Wissenschaftler weltweit nach neuen Technologien, die möglichst viele PFAS Verbindungen gleichzeitig erfassen können und gleichzeitig wirtschaftlich sowie nachhaltig arbeiten.
Wie funktionieren magnetische Nanopartikel bei der Wasserreinigung?
Der neue Forschungsansatz basiert auf winzigen Eisenoxid Partikeln. Eisenoxid ist vielen Menschen besser unter dem Begriff Rost bekannt. Im Nanobereich besitzen diese Partikel jedoch völlig andere Eigenschaften als gewöhnlicher Rost.
Die Forschenden veränderten gezielt die Oberfläche der Nanopartikel. Dieser Vorgang wird als Funktionalisierung bezeichnet. Dabei erhalten die Partikel spezielle chemische Eigenschaften, mit denen sie PFAS Moleküle gezielt anziehen und an ihrer Oberfläche festhalten können.
Der eigentliche Reinigungsprozess verläuft anschließend erstaunlich einfach.
- Die funktionalisierten Nanopartikel werden dem belasteten Wasser zugesetzt.
- PFAS lagern sich an den Oberflächen der Partikel an.
- Ein Magnet sammelt die eisenhaltigen Nanopartikel mitsamt der gebundenen Schadstoffe wieder ein.
- Zurück bleibt deutlich saubereres Wasser.
Dadurch entfällt eine aufwendige Filtration vieler einzelner Schadstoffe. Stattdessen lassen sich die belasteten Partikel innerhalb kurzer Zeit magnetisch abtrennen.
Warum spielt die Oberflächenchemie eine entscheidende Rolle?
Der eigentliche Fortschritt liegt weniger im Magnetismus als vielmehr in der speziell entwickelten Oberflächenchemie der Eisenoxid Nanopartikel. Je nach chemischer Ausstattung können unterschiedliche PFAS Gruppen besonders gut gebunden werden.
Damit verfolgt das Forschungsteam einen deutlich breiteren Ansatz als viele bisherige Verfahren. Ziel war es nicht, nur einzelne PFAS Verbindungen zu entfernen, sondern möglichst viele Vertreter dieser großen Stoffklasse gleichzeitig zu erfassen.
Diese Anpassungsfähigkeit eröffnet neue Möglichkeiten für zukünftige Wasseraufbereitungssysteme, die flexibel auf unterschiedliche Belastungen reagieren können.
Können magnetische Nanopartikel auch Mikroplastik aus Wasser entfernen?
Die aktuelle Studie beschränkt sich nicht ausschließlich auf PFAS. Die Forschenden konnten erstmals nachweisen, dass sich das entwickelte Verfahren auch zur Entfernung von fluorhaltigem Mikroplastik eignet. Damit erweitert sich der mögliche Einsatzbereich der Technologie erheblich.
Fluorhaltiges Mikroplastik entsteht unter anderem durch den Abrieb spezieller Kunststoffe oder Beschichtungen. Besonders häufig gelangt es über den Alltag in die Umwelt. Dazu gehören beispielsweise das Waschen wasserabweisender Outdoor Bekleidung oder bestimmte Kosmetikprodukte, die fluorhaltige Bestandteile enthalten.
Während Mikroplastik seit Jahren intensiv erforscht wird, existieren bislang nur wenige Verfahren, die speziell fluorhaltige Kunststoffpartikel effizient aus Wasser entfernen können. Genau hier könnte die neue Technologie künftig eine wichtige Rolle spielen.
Fluorhaltige Kunststoffe besitzen ähnliche chemische Eigenschaften wie PFAS. Dadurch gelten sie ebenfalls als besonders langlebig und können über lange Zeiträume in der Umwelt verbleiben. Die Studie zeigt erstmals, dass sich auch diese Partikel magnetisch aus Wasser entfernen lassen.
Welche Vorteile bietet die neue Technologie?
Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren bringt der neue Ansatz mehrere interessante Eigenschaften mit sich. Dabei geht es nicht nur um die eigentliche Reinigungsleistung, sondern auch um Nachhaltigkeit und zukünftige Skalierbarkeit.
Breites Spektrum an PFAS
Viele bisherige Verfahren konzentrieren sich auf einzelne PFAS Verbindungen. Die funktionalisierten Nanopartikel wurden dagegen so entwickelt, dass sie möglichst viele Vertreter dieser Stoffklasse aufnehmen können.
Magnetische Trennung
Ein großer Vorteil besteht darin, dass keine komplizierten Filterwechsel notwendig sind. Stattdessen können die beladenen Nanopartikel einfach mithilfe eines Magnetfeldes wieder aus dem Wasser entfernt werden.
Regenerierbarkeit
Einige der entwickelten Eisenoxid Nanopartikel lassen sich nach der Reinigung regenerieren. Das bedeutet, dass sie erneut verwendet werden können. Dadurch sinken langfristig Materialverbrauch und Betriebskosten.
Technisch skalierbar
Nach Angaben der Forschenden sind die eingesetzten Eisenoxid Partikel grundsätzlich für größere technische Anlagen geeignet. Damit bestehen Perspektiven für einen späteren Einsatz in Wasserwerken oder industriellen Aufbereitungsanlagen.
Keine toxischen Materialien
Die verwendeten Eisenoxid Nanopartikel gelten als nicht toxisch. Das ist ein wichtiger Aspekt, denn neue Reinigungstechnologien dürfen selbst keine zusätzlichen Umweltprobleme verursachen.
Wie erfolgreich waren die Praxistests?
Laborversuche liefern häufig vielversprechende Ergebnisse. Entscheidend ist jedoch, ob eine Technologie auch unter realen Bedingungen funktioniert. Genau diesen Nachweis wollte das Forschungsteam erbringen.
Deshalb wurden verschiedene Wasserproben untersucht, die deutlich komplexer zusammengesetzt waren als reines Laborwasser.
| Getestete Wasserproben | Ergebnis |
|---|---|
| Belastete Trinkwasserquelle | PFAS Konzentration um bis zu 87 Prozent reduziert |
| Flusswasser | Erfolgreiche Entfernung verschiedener PFAS |
| Waschwässer aus Bodensanierungen | Hohe Reinigungsleistung trotz komplexer Belastung |
| Waschwasser von Outdoor Textilien | PFAS und fluorhaltiges Mikroplastik erfolgreich entfernt |
Besonders bemerkenswert ist das Ergebnis bei einer real belasteten Trinkwasserquelle. Dort gelang es, die PFAS Konzentration um rund 87 Prozent zu senken. Gleichzeitig unterschritt das Wasser anschließend den neuen deutschen Grenzwert von 100 Nanogramm pro Liter.
Welche Bedeutung haben die neuen Grenzwerte?
PFAS stehen inzwischen weltweit im Fokus von Umweltbehörden und Gesundheitsorganisationen. In Deutschland und der Europäischen Union werden die Anforderungen an Trinkwasser Schritt für Schritt verschärft.
Neue Grenzwerte sollen sicherstellen, dass Verbraucher möglichst wenig mit diesen langlebigen Chemikalien in Kontakt kommen. Gleichzeitig steigen dadurch die Anforderungen an Wasserwerke und kommunale Versorger.
Innovative Reinigungstechnologien könnten deshalb künftig erheblich an Bedeutung gewinnen.
Die Untersuchung zeigt nicht nur eine höhere Reinigungsleistung. Sie liefert auch den Nachweis, dass die Technologie unter realen Bedingungen funktioniert und somit grundsätzlich für zukünftige Anwendungen geeignet sein könnte.
Welche Einsatzgebiete sind künftig denkbar?
Sollte sich die Technologie in weiteren Untersuchungen bewähren, ergeben sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten.
- kommunale Trinkwasseraufbereitung
- Reinigung von Grundwasser
- Sanierung belasteter Industrieflächen
- Abwasserbehandlung
- Reinigung von Flusswasser
- Aufbereitung industrieller Prozesswässer
- Behandlung von Waschwässern aus Textilien
- Entfernung fluorhaltiger Kunststoffpartikel
Vor allem Regionen mit bekannten PFAS Belastungen könnten künftig von solchen Verfahren profitieren.
Welche Grenzen besitzt das Verfahren derzeit?
Trotz der vielversprechenden Ergebnisse handelt es sich noch um Forschung. Bis eine Technologie großflächig eingesetzt wird, müssen zahlreiche weitere Fragen beantwortet werden.
Dazu gehören unter anderem:
- Wie wirtschaftlich arbeitet das Verfahren im Dauerbetrieb?
- Wie oft lassen sich die Nanopartikel regenerieren?
- Welche Kosten entstehen bei großen Wasserwerken?
- Wie hoch ist der Energiebedarf?
- Wie lassen sich die gebundenen PFAS anschließend sicher entsorgen?
Diese Punkte werden in zukünftigen Untersuchungen eine wichtige Rolle spielen.
Rechtliche Einordnung
Die Studie stellt keine Zulassung einer neuen Wasseraufbereitungstechnologie dar. Bevor ein Verfahren in Trinkwasseranlagen eingesetzt werden darf, müssen umfangreiche Prüfungen erfolgen. Dazu gehören unter anderem Sicherheitsbewertungen, technische Zulassungen sowie die Einhaltung nationaler und europäischer Vorgaben für die Trinkwasseraufbereitung.
Die Ergebnisse zeigen daher vor allem das Potenzial der Technologie. Bis zu einem flächendeckenden Einsatz können jedoch noch weitere Entwicklungs und Zulassungsschritte erforderlich sein.
Medizinische Einordnung
Die Studie untersucht ausschließlich die Entfernung von PFAS und fluorhaltigem Mikroplastik aus Wasser. Sie trifft keine Aussagen zur Behandlung gesundheitlicher Folgen einer PFAS Belastung beim Menschen.
Zwar werden PFAS seit Jahren mit verschiedenen gesundheitlichen Fragestellungen wissenschaftlich untersucht. Die konkrete gesundheitliche Bedeutung einzelner Belastungen hängt jedoch von zahlreichen Faktoren ab und lässt sich nicht pauschal bewerten.
Die wichtigste Maßnahme bleibt daher, den Eintrag dieser langlebigen Stoffe in die Umwelt möglichst zu vermeiden und belastetes Wasser wirksam aufzubereiten.
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Was bedeutet diese Forschung für die Zukunft der Wasseraufbereitung?
Die vorgestellte Technologie verdeutlicht, wie moderne Materialwissenschaft dazu beitragen kann, aktuelle Umweltprobleme zu lösen. Während PFAS lange Zeit als kaum beherrschbare Schadstoffe galten, entstehen zunehmend Verfahren, die eine gezielte Entfernung ermöglichen.
Besonders interessant ist dabei die Kombination aus intelligenter Oberflächenchemie und magnetischer Separation. Sie ermöglicht eine vergleichsweise einfache Trennung selbst sehr kleiner Schadstoffe aus komplexen Wasserproben.
Die vollständige wissenschaftliche Veröffentlichung ist unter folgendem Link verfügbar:
Originalpublikation:
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2026.103471
FAQ: Häufige Fragen zu PFAS und magnetischen Nanopartikeln
Was sind PFAS?
PFAS steht für per und polyfluorierte Alkylsubstanzen. Dabei handelt es sich um mehrere tausend chemische Verbindungen, die aufgrund ihrer wasser, fett und schmutzabweisenden Eigenschaften in zahlreichen Industrie und Konsumprodukten eingesetzt wurden oder noch eingesetzt werden. Wegen ihrer extrem hohen Beständigkeit werden sie häufig als Ewigkeitschemikalien bezeichnet.
Warum sind PFAS problematisch?
PFAS werden in der Umwelt nur sehr langsam oder gar nicht abgebaut. Sie können sich über lange Zeiträume in Böden, Gewässern sowie teilweise in Pflanzen, Tieren und Menschen anreichern. Deshalb stehen sie weltweit im Fokus von Umweltbehörden und der Forschung.
Wie funktionieren magnetische Nanopartikel?
Die speziell entwickelten Eisenoxid Nanopartikel besitzen eine chemisch angepasste Oberfläche. Diese bindet PFAS Moleküle oder fluorhaltige Mikroplastikpartikel. Anschließend können die beladenen Nanopartikel mithilfe eines Magneten aus dem Wasser entfernt werden.
Warum wurden Eisenoxid Nanopartikel verwendet?
Eisenoxid besitzt sehr gute magnetische Eigenschaften und gilt zugleich als technisch gut verfügbar sowie vergleichsweise unkritisch hinsichtlich möglicher Umweltwirkungen. Dadurch eignet sich das Material besonders gut für magnetische Trennverfahren.
Kann das Verfahren bereits in Wasserwerken eingesetzt werden?
Noch nicht. Die Studie zeigt zwar sehr vielversprechende Ergebnisse unter Praxisbedingungen, dennoch sind weitere Untersuchungen erforderlich. Erst nach zusätzlichen Tests sowie möglichen Zulassungsverfahren könnte ein breiter technischer Einsatz erfolgen.
Entfernt das Verfahren alle PFAS?
Die Forschenden verfolgten bewusst einen möglichst breit angelegten Ansatz. Ziel war es, zahlreiche verschiedene PFAS Verbindungen gleichzeitig zu erfassen. Dennoch umfasst die Stoffgruppe mehrere tausend unterschiedliche Verbindungen. Weitere Untersuchungen müssen zeigen, wie effizient einzelne Vertreter langfristig entfernt werden können.
Kann auch Mikroplastik entfernt werden?
Ja. Die Studie zeigt erstmals, dass sich fluorhaltiges Mikroplastik ebenfalls magnetisch aus Wasser entfernen lässt. Das erweitert den möglichen Anwendungsbereich der Technologie deutlich.
Ist die Methode nachhaltig?
Nach den Ergebnissen der Forschenden sprechen mehrere Eigenschaften für eine nachhaltige Nutzung. Einige Varianten der entwickelten Nanopartikel können regeneriert und mehrfach eingesetzt werden. Zudem gelten die verwendeten Eisenoxid Partikel als nicht toxisch und lassen sich technisch in größere Anlagen integrieren.
Welche Chancen ergeben sich langfristig?
Die Wasseraufbereitung steht weltweit vor großen Herausforderungen. Neben klassischen Schadstoffen gelangen immer mehr langlebige Chemikalien, Arzneimittelrückstände, Mikroplastik und industrielle Verbindungen in Gewässer. Viele dieser Stoffe lassen sich mit bestehenden Verfahren nur eingeschränkt entfernen.
Genau hier setzt die Forschung an. Funktionalisierte magnetische Nanopartikel könnten künftig Bestandteil moderner Aufbereitungssysteme werden und bestehende Technologien sinnvoll ergänzen. Besonders interessant ist dabei ihre hohe Flexibilität. Durch unterschiedliche Oberflächenmodifikationen könnten sie zukünftig nicht nur PFAS, sondern möglicherweise auch weitere Schadstoffgruppen gezielt binden.
Auch aus wirtschaftlicher Sicht bietet der Ansatz Potenzial. Wiederverwendbare Materialien, geringerer Filterverschleiß und eine vergleichsweise einfache magnetische Separation könnten langfristig zu effizienteren Prozessen beitragen. Ob sich diese Vorteile auch im industriellen Maßstab bestätigen, müssen allerdings weitere Studien zeigen.
- Magnetische Eisenoxid Nanopartikel binden PFAS gezielt an ihrer Oberfläche.
- Die Schadstoffe lassen sich anschließend mit einem Magneten aus dem Wasser entfernen.
- Erstmals wurde auch fluorhaltiges Mikroplastik erfolgreich entfernt.
- Bei belastetem Trinkwasser sank die PFAS Konzentration um bis zu 87 Prozent.
- Der neue deutsche Grenzwert von 100 Nanogramm pro Liter konnte unterschritten werden.
- Einige Partikelvarianten sind regenerierbar und mehrfach verwendbar.
- Die Technologie funktioniert nicht nur im Labor, sondern auch unter realen Praxisbedingungen.
Welche Bedeutung hat die Studie für Umwelt und Gesellschaft?
Sauberes Wasser gehört zu den wichtigsten natürlichen Ressourcen überhaupt. Gleichzeitig steigt weltweit die Belastung durch langlebige Industriechemikalien kontinuierlich an. Innovative Lösungen zur Entfernung dieser Stoffe gewinnen daher zunehmend an Bedeutung.
Die Forschung der Friedrich Alexander Universität Erlangen Nürnberg zeigt, wie moderne Materialwissenschaft neue Wege in der Wasseraufbereitung eröffnen kann. Besonders bemerkenswert ist, dass die Technologie sowohl auf molekulare Schadstoffe als auch auf fluorhaltige Mikroplastikpartikel angewendet werden kann. Damit entsteht eine vielseitige Plattform, die sich an unterschiedliche Anforderungen anpassen lässt.
Ob sich das Verfahren künftig in Wasserwerken oder industriellen Anlagen etabliert, wird von weiteren Forschungsarbeiten, technischen Entwicklungen und wirtschaftlichen Faktoren abhängen. Die vorliegenden Ergebnisse liefern jedoch eine vielversprechende Grundlage für zukünftige Innovationen im Umwelt und Gewässerschutz.
Zusammenfassung
Die vorgestellte Studie liefert einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung neuer Verfahren gegen PFAS Belastungen im Wasser. Funktionalisierte magnetische Eisenoxid Nanopartikel können unterschiedliche PFAS Verbindungen sowie fluorhaltiges Mikroplastik binden und anschließend mithilfe eines Magneten wieder aus dem Wasser entfernt werden.
Besonders überzeugend sind die erfolgreichen Praxistests. Bei einer real belasteten Trinkwasserquelle konnte die PFAS Konzentration um bis zu 87 Prozent reduziert und der geltende deutsche Grenzwert unterschritten werden. Darüber hinaus zeigten sich Vorteile wie Regenerierbarkeit, technische Skalierbarkeit und eine breite Einsetzbarkeit für unterschiedliche Wasserproben.
Auch wenn bis zu einer großflächigen Anwendung noch weitere Untersuchungen notwendig sind, verdeutlicht die Forschung das enorme Potenzial funktionalisierter magnetischer Nanopartikel für die Wasseraufbereitung der Zukunft. Sie könnten einen wichtigen Baustein darstellen, um langlebige Schadstoffe effizienter aus Gewässern und Trinkwasser zu entfernen und damit Umwelt sowie Gesundheit langfristig besser zu schützen.
Quelle / Infos / Pressemitteilung: https://idw-online.de/de/news875392 und https://doi.org/10.1016/j.mattod.2026.103471
Michael Färber beschäftigt sich seit 2018 intensiv mit Cannabis, Hanf und CBD. Er absolvierte den Master of Cannabis Industry sowie die Ausbildung zum ACM-zertifizierten Berater für Medikamente auf Cannabisbasis. Dieser Artikel wurde von ihm redaktionell erstellt und geprüft und basiert auf eigener Recherche, Pressemitteilungen, aktuellen News, wissenschaftlichen Studien, langjähriger Erfahrung sowie modernen Recherche- und Textwerkzeugen. Weitere Informationen findest du hier: Autorenvorstellung von Michael Färber
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