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Hydrogel zur Entfernung von Mikroplastik aus dem Wasser

Studienleiter Dr. Dennis Kollofrath von der Uni Hannover im Labor hält in einer Pinzette ein Stück Hydrogel und in der anderen Hand ein Reagenzglas mit Wasser

Ein Forschungsteam am Institut für Anorganische Chemie (ACI) der Leibniz Universität Hannover (LUH) hat ein Material entwickelt, das in der Lage sein soll, in einem komplexen Prozess Mikroplastikpartikel aus Gewässern abzubauen. Das sogenannte Hydrogel soll sich laut Studie nicht nur für den Abbau von Mikroplastik eignen, sondern generell neue Wege in der Umweltsanierung eröffnen.
 

Die Studie des Forschungsteams um Prof. Dr. Sebastian Polarz am Institut ACI der LUH wurde im Juli 2025 in dem Fachjournal Nature Communications veröffentlicht und beschreibt die Entwicklung und Details des neuen Materials sowie den Prozess des Abbaus von Mikroplastik mit dessen Hilfe. Das Hydrogel besteht den Studienautoren zufolge aus einem Polymer, das auf Temperatureinwirkungen reagiert und mit porösen Organosilikat-Nanopartikeln (NOPs) vernetzt ist sowie einem Photokatalysator. Es nimmt der Studie zufolge Mikroplastikpartikel aus dem Wasser auf, transportiert sie an die Wasseroberfläche und baut sie dort unter Lichteinwirkung ab. Der Prozess soll in einem wiederholbaren, autonomen Zyklus ablaufen können.
 
Für die Tests zur Aufnahme von Mikroplastik durch das Hydrogel wurde kugelförmiges Polystyrol in der Größenordnung von 2 Mikrometern (?m) in Wasser eingebracht. Darin sinkt das Hydrogel zunächst zu Boden, quillt dann auf und nimmt die Mikroplastikpartikel sowie Glukose aus dem Wasser auf. Der Einfachzucker ist in geringen Konzentrationen im Wasser enthalten und dient dem Hydrogel als eine Art Treibstoff. In das Gel eingebettete Katalysatoren aus einem Enzym und die mineralischen Nanopartikel wandeln die Glukose zu Wasserstoffperoxid und dann zu Sauerstoff um, der sich wiederrum in den Poren des Gels ansammelt, wodurch die Dichte des Gels unter Wasser sinkt. Wird auf diese Weise genug Gas angereichert, steigt das Gel mit dem Mikroplastik an die Oberfläche. Der Vorgang sei vergleichbar mit einem Heißluftballon unter Wasser, erklärt dazu Dennis Kollofrath, Chemiker im Team um Chemieprofessor Sebastian Polarz und Erstautor der Studie. Durch Anpassung des Katalysatorgehalts könne auch die Aufstiegsdauer des Gels optimiert werden. An der Oberfläche entstehen mithilfe des im Gel integrierten Photokatalysators reaktive Sauerstoffmoleküle, die das angesammelte Mikroplastik dann zu Kohlendioxid und Wasser zersetzen. Laut Studie war das System im Labormaßstab in der Lage, die Mikroplastikpartikel zu 98,7 Prozent zu zersetzen. Mikroplastikfragmente oder Nanoplastik wurden im Wasser nicht nachgewiesen. Die Kunststoffpartikel sind laut Studie also tatsächlich zersetzt und nicht nur weiter zerkleinert worden.
 
Der Prozess sei mit der katalytischen Zersetzung aber noch nicht beendet. Durch Sonneneinstrahlung erwärme sich das Hydrogel, schrumpfe und gebe die gespeicherten Gasblasen frei. Damit verschwinde der Auftrieb, das Gel sinke wieder ab und der Zyklus beginne erneut. Auch nach mehreren Reinigungszyklen bleibe die Funktion des Gels erhalten. Das System behalte also die autonome Aufnahme, den Transport und den oxidativen Abbau von Polystyrol-Mikroplastikpartikeln über mehrere Betriebszyklen hinweg und dabei seine Integrität und Leistungsfähigkeit durchgehend bei. Die entscheidende Innovation bestehe in dem in sich geschlossenen Materialsystem, das zu unabhängiger Bewegung, selektiver Mikroplastikabscheidung und räumlich lokalisiertem Abbau fähig sei. Je nach eingesetztem Katalysator könnten den Forschern zufolge auf diese Weise zudem unterschiedliche Kunststoffe zersetzt werden.
 
„Dieses Konzept gibt es so noch nicht“, sagt Kollofrath. „Wir waren beeindruckt, wie reibungslos es im Labor funktioniert hat.“ Im Idealfall blieben nur noch Wasser und Kohlendioxid übrig. Bislang ist das Gel ein Prototyp, die ersten Tests im Labormaßstab seien jedoch vielversprechend.
 
Quellen:

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