Neue metallorganische Gerüstverbindung filtert Herbizide wie Glyphosat aus Wasser
Glyphosat ist das am häufigsten eingesetzte Herbizid weltweit. Es ist jedoch auch in Böden, Gewässern und der Nahrungskette präsent und sein Einsatz ist hoch umstritten. Forscher der Technischen Universität Wien haben nun eine neuartige Methode zur Reinigung von glyphosatbelastetem Wasser entwickelt. Dabei setzen sie auf eine speziell angepasste metallorganische Gerüstverbindung (MOF), die das Pestizid selektiv bindet.
Mithilfe dieses Filters könnte beispielsweise das Wasser für die Trinkwassergewinnung vom Glyphosat gereinigt werden, um die Kontamination mit diesem potenziell umwelt- und gesundheitsschädlichen Pflanzenschutzmittel einzudämmen.
Die MOFs sind poröse Feststoffe, die aus einem organischen Kohlenwasserstoff-Gerüst bestehen, in das Metallionen über Komplexbindungen eingeklinkt sind. Durch ihre schwammartige Struktur besitzen diese Molekülkomplexe eine besonders große Oberfläche von bis zu 7.000 Quadratmeter pro Gramm. Das bedeutet, dass in einem Gramm MOF ein ganzes Fußballfeld Platz findet und viele Moleküle adsorbiert werden können, was MOFs zu idealen Materialien macht, um Moleküle wie CO2, anorganische Salze und organische Schadstoffe direkt aus der Luft oder Wasser zu binden.
Als Ausgangsbasis für ihren Glyphosat-Filter verwendeten die Forschenden die Gerüstverbindung MIL-125-Ti, die Titan-Ionen im Gitter enthält. Unter normalen Bedingungen sind die Poren dieses MOF jedoch zu eng, sodass das Glyphosat nur schwer bis zu den Stellen der aktiven Adsorptionsprozesse vordringen kann. In flüssigen Medien wie Wasser können die Lösungsmittelmoleküle diesen Diffusionsprozess zudem zusätzlich verlangsamen und die Poren verstopfen.
Um dieses Problem zu lösen, haben die Chemiker eine Strategie entwickelt, um zusätzliche Poren mit einem Durchmesser von bis zu zehn Nanometern in ihr MOF einzubauen. Dafür verringerten die Chemiker selektiv die Zahl der organischen Verbindungsstreben im Gerüst. Dies schafft nicht nur mehr Platz für das Glyphosat, es fördert auch die Bildung zusätzlicher aktiver Bindungsstellen für das Herbizid.
Das Ergebnis ist eine metallorganische Gerüstverbindung, die Glyphosat selektiv und effizient aus Wasser entfernen kann. Erste Tests ergaben, dass das neue Material in nur 20 Prozent der Zeit dreimal so viel Glyphosat aufnehmen kann wie das derzeit beste Adsorptionsmittel. Gleichzeitig sind die Bindungen schwach genug, um Glyphosat mit einer einfachen Natriumchlorid-Salzlösung wieder zu entfernen, so dass diese MOFs mehrfach verwendet werden können.
Die Forschungsgruppe plant, weitere MOFs zu entwickeln, mit denen noch andere Schadstoffe adsorbiert oder umgewandelt werden können. Dieser neue Filter könnte dazu beitragen, die Umwelt und die Gesundheit der Menschen zu schützen, indem er dazu beiträgt, eine Kontamination des Grundwassers und Trinkwassers mit Glyphosat zu verhindern.
Mithilfe dieses Filters könnte beispielsweise das Wasser für die Trinkwassergewinnung vom Glyphosat gereinigt werden, um die Kontamination mit diesem potenziell umwelt- und gesundheitsschädlichen Pflanzenschutzmittel einzudämmen.
Die MOFs sind poröse Feststoffe, die aus einem organischen Kohlenwasserstoff-Gerüst bestehen, in das Metallionen über Komplexbindungen eingeklinkt sind. Durch ihre schwammartige Struktur besitzen diese Molekülkomplexe eine besonders große Oberfläche von bis zu 7.000 Quadratmeter pro Gramm. Das bedeutet, dass in einem Gramm MOF ein ganzes Fußballfeld Platz findet und viele Moleküle adsorbiert werden können, was MOFs zu idealen Materialien macht, um Moleküle wie CO2, anorganische Salze und organische Schadstoffe direkt aus der Luft oder Wasser zu binden.
Als Ausgangsbasis für ihren Glyphosat-Filter verwendeten die Forschenden die Gerüstverbindung MIL-125-Ti, die Titan-Ionen im Gitter enthält. Unter normalen Bedingungen sind die Poren dieses MOF jedoch zu eng, sodass das Glyphosat nur schwer bis zu den Stellen der aktiven Adsorptionsprozesse vordringen kann. In flüssigen Medien wie Wasser können die Lösungsmittelmoleküle diesen Diffusionsprozess zudem zusätzlich verlangsamen und die Poren verstopfen.
Um dieses Problem zu lösen, haben die Chemiker eine Strategie entwickelt, um zusätzliche Poren mit einem Durchmesser von bis zu zehn Nanometern in ihr MOF einzubauen. Dafür verringerten die Chemiker selektiv die Zahl der organischen Verbindungsstreben im Gerüst. Dies schafft nicht nur mehr Platz für das Glyphosat, es fördert auch die Bildung zusätzlicher aktiver Bindungsstellen für das Herbizid.
Das Ergebnis ist eine metallorganische Gerüstverbindung, die Glyphosat selektiv und effizient aus Wasser entfernen kann. Erste Tests ergaben, dass das neue Material in nur 20 Prozent der Zeit dreimal so viel Glyphosat aufnehmen kann wie das derzeit beste Adsorptionsmittel. Gleichzeitig sind die Bindungen schwach genug, um Glyphosat mit einer einfachen Natriumchlorid-Salzlösung wieder zu entfernen, so dass diese MOFs mehrfach verwendet werden können.
Die Forschungsgruppe plant, weitere MOFs zu entwickeln, mit denen noch andere Schadstoffe adsorbiert oder umgewandelt werden können. Dieser neue Filter könnte dazu beitragen, die Umwelt und die Gesundheit der Menschen zu schützen, indem er dazu beiträgt, eine Kontamination des Grundwassers und Trinkwassers mit Glyphosat zu verhindern.