Arzt entwickelt Luffaschwamm zum Aufsaugen von Öl und Mikroplastik

Der vom Forschungsteam um Dr. Tran Thi Viet Ha (32 Jahre alt) entwickelte Luffaschwamm kann Öl und Mikroplastik aus Wasser trennen und so zur Lösung von Umweltverschmutzungsproblemen beitragen.

Im Jahr 2021 hatten Dr. Tran Thi Viet Ha, Dozentin an der Fakultät für Fortgeschrittene Technologie und Ingenieurwesen der Vietnam Japan University (Vietnam National University, Hanoi), und ihr Team die Idee, superhydrophobe Materialien aus Luffafasern herzustellen, um Öl und Mikroplastikpartikel aus Wasser zu entfernen. Nach über einem Jahr Forschung entwickelte das Team ein superhydrophobes Schaumprodukt, das aus zwei Hauptkomponenten besteht: der Basisschicht und der Deckschicht.

Die Basisschicht besteht aus natürlichen, alten Luffas, deren hydrophile Hydroxylgruppen ihnen eine natürliche Saugfähigkeit verleihen. Nach der Reinigung wird die Oberfläche der Luffas in Wachs getaucht und besprüht, um die Fasern aufzurauen und gleichzeitig ihre Eigenschaften von hydrophil zu hydrophob zu verändern.

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

Der wachsbeschichtete Schwamm ist wasserabweisend, aber vollständig ölabsorbierend. Zudem nimmt er problemlos Mikroplastikpartikel von etwa 5 μm Größe auf, und zwar aufgrund der Kapillarwirkung der 3D-Strukturen und elektrostatischer Wechselwirkungen zwischen der Materialoberfläche und den Kunststoffpartikeln.

Luffafasern sind nach der Wachsbeschichtung vollständig wasserfest. Foto: Forschungsteam

Testergebnisse zeigen, dass die hydrophoben Eigenschaften von Luffa mit einem Wasserkontaktwinkel von über 150 Grad gut sind. Dies ist die Grundlage für die Trennung von Öl und das Auffangen von Mikroplastikpartikeln im Wassergemisch.

Laut dem Forschungsteam wird eine Oberfläche aufgrund des Kontaktwinkels zwischen dem Wassertropfen und der festen Oberfläche als hydrophob oder hydrophil eingestuft. Bei einem Kontaktwinkel von mehr als 150 Grad wird die Oberfläche superhydrophob. Der Luffaschwamm hat daher erfolgreich seine Superhydrophobie unter Beweis gestellt.

Die Luffaschwämme konnten Öl mit einer Rate von etwa 72–88 g/g aufnehmen und erreichten eine Trennleistung von über 99 % für Öl-Wasser-Gemische. Darüber hinaus zeigte das Material eine hohe Mikroplastik-Aufnahmekapazität: 381 mg Polystyrol-Mikroplastik in 569 g Wasser, was einer Effizienz von 99 % entspricht.

Dr. Ha und ihre Kollegen haben ähnliche Forschungen an Industrieschäumen wie Polyurethanschaum, Melaminschaum und chemischen Beschichtungsmaterialien mit komplexen Methoden durchgeführt, die nur für den Labormaßstab geeignet sind. Gleichzeitig wird geprüft, ob Beschichtungsverfahren mit Luffa-Material und natürlichem Wachs in größerem Maßstab in die Praxis umgesetzt werden können. „Der Prozess ist einfach, erfordert leicht erhältliche Geräte und erfordert keine Hochtechnologie. Die Herstellung dauert nur eine Stunde“, so die Ärztin.

Luffaschwämme können Öl von Wasser trennen. Foto: Forschungsteam

Ein Bericht der Weltbank vom Juli 2022 schätzte, dass Vietnam jährlich etwa 3,1 Millionen Tonnen Plastikmüll an Land produziert. Neben 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 eingesetzt, darunter Verbrennung, chemische und biologische Behandlung. Diese können jedoch Sekundärverschmutzung verursachen. So kann beispielsweise die Verbrennung zwar dazu beitragen, Öl aus dem Wasser zu entfernen, führt aber gleichzeitig zu Luftverschmutzung, da nach dem Prozess große Mengen CO2 und SO2 freigesetzt werden.

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

Außerordentlicher Professor Dr. Nguyen Minh Phuong von der Fakultät für Chemie der University of Science (Vietnam National University, Hanoi) stellte fest, dass Öl und Mikroplastik zwei Umweltschadstoffe sind, die nicht nur in Vietnam, sondern weltweit Anlass zu großer Sorge geben. Die Ölverschmutzung von Oberflächengewässern ist ein brennendes Problem, und die Materialien zu ihrer Entfernung müssen sehr leicht sein und auf der Wasseroberfläche schwimmen können. Mikroplastik hingegen ist giftiger als große Kunststoffpartikel und mit bloßem Auge erkennbar. Die beiden Themen, mit denen sich Dr. Has Forschungsgruppe befasst, sind sowohl aktuell als auch von praktischer Bedeutung.

Laut Associate Professor Phuong ist die Forschung zur Behandlung von Öl und Mikroplastik in der aquatischen Umwelt sowohl im Inland als auch international noch recht bescheiden. Derzeit hat keine Forschungsgruppe Materialien entwickelt, um sowohl Öl als auch Mikroplastik in der aquatischen Umwelt gleichzeitig zu behandeln.

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

Superhydrophobe Materialien ziehen auch aufgrund ihrer Fähigkeit, selektiv Öl zu absorbieren, die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt auf sich. 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 zur Modifizierung der Materialoberfläche anwendet, eine interessante Idee mit hohem Anwendbarkeitspotenzial.

Bich Thao

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