Ein Weg zur Entfernung von Mikroplastik aus dem Abwasser
In vielen Küchen dient die Okra als hervorragendes Verdickungsmittel für Eintöpfe und Suppen. Der Schleim dieser Frucht und anderer Pflanzen wie Aloe, Kaktus und Flohsamen kann auch Wasser und Abwasser von einigen Arten fester und gelöster Schadstoffe reinigen. Nun haben Forscher nachgewiesen, dass Kombinationen dieser Pflanzenextrakte in Lebensmittelqualität Mikroplastik aus dem Abwasser entfernen können.
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Die Forscher werden ihre Ergebnisse heute auf der Frühjahrstagung der American Chemical Society (ACS) vorstellen. Die ACS Spring 2022 ist eine Hybridtagung, die vom 20. bis 24. März virtuell und persönlich stattfindet und vom 21. März bis 8. April auf Abruf zur Verfügung steht. Die Tagung umfasst mehr als 12 000 Präsentationen zu einem breiten Spektrum wissenschaftlicher Themen.
Die gesundheitlichen Auswirkungen der Aufnahme von Mikroplastik - winzige Plastikteile von 5 mm oder weniger - sind derzeit noch unklar, aber Studien deuten darauf hin, dass die Menschen jedes Jahr Zehntausende dieser Partikel unbeabsichtigt zu sich nehmen. "Wir denken, dass Mikroplastik an sich keine große Gefahr für die Gesundheit darstellt, aber alles, in das es gelangt, oder jede Art von giftiger Substanz, die an diesen Kunststoffen haftet, könnte in unseren Körper gelangen und Probleme verursachen", sagt Dr. Rajani Srinivasan, der Leiter des Projekts.
Bei der üblichen Abwasserreinigung wird Mikroplastik in zwei Schritten aus dem Wasser entfernt. Zunächst werden die aufschwimmenden Teile einfach von der Oberfläche des Wassers abgeschöpft. In diesem Schritt wird jedoch nur ein Bruchteil des gesamten Mikroplastiks entfernt, das vorhanden ist. Der Rest muss durch Zugabe von Flockungsmitteln oder klebrigen Chemikalien entfernt werden, die Mikroplastik anziehen und große Klumpen bilden. Die Klumpen sinken dann auf den Grund des Wassers und können von ihm getrennt werden.
Srinivasan, die an der Tarleton State University arbeitet, weist darauf hin, dass einige der derzeit zur Entfernung von Verunreinigungen verwendeten Stoffe potenziell schädlich sind, weshalb sie und ihr Team nach ungiftigen Alternativen suchen. Ein gängiges Flockungsmittel, Polyacrylamid, kann sich beispielsweise unter bestimmten Bedingungen in giftige Chemikalien auflösen. "Es ist nicht hilfreich, wenn wir versuchen, das Wasser zu reinigen, aber potenziell giftige Substanzen hinzufügen, um die Schadstoffe zu entfernen", sagt sie.
Zuvor hatte Srinivasan die Verwendung von Pflanzenextrakten in Lebensmittelqualität als ungiftige Flockungsmittel untersucht, um Schadstoffe aus Textilien aus dem Abwasser zu entfernen. Ihr Team konzentrierte sich dabei speziell auf die Polysaccharide in den Extrakten, da diese Biopolymere die geeigneten chemischen und biologischen Eigenschaften besitzen, um Schadstoffe wie Farbstoffe oder sogar Bakterien anzuziehen und abzufangen. "Ich habe mich mit der Entfernung von Mikroorganismen und ähnlichen Dingen beschäftigt und dachte mir: Warum nicht auch Mikroplastik", sagt sie.
Also testete das Team aus Bachelor- und Masterstudenten Polysaccharidextrakte aus Bockshornklee, Kaktus, Aloe Vera, Okra, Tamarinde und Psyllium - allesamt lebensmitteltaugliche Materialien - als Flockungsmittel zum Abfangen von Mikroplastik. Sie testeten Verbindungen aus den einzelnen Pflanzen sowie in verschiedenen Kombinationen. Dazu fügten sie diese Extrakte verschiedenen mikroplastikhaltigen Wasserquellen zu. Anschließend untersuchten sie Mikroskopbilder der Flockungsmittelklumpen vor und nach der Behandlung und zählten das Mikroplastik, um festzustellen, wie viele Partikel entfernt worden waren.
In ihren Experimenten stellten die Forscher fest, dass Polysaccharide aus Okra in Kombination mit denen aus Bockshornklee Mikroplastik am besten aus Meerwasser entfernen konnten, während Polysaccharide aus Okra in Kombination mit denen aus Tamarinde am besten für Süßwasserproben geeignet waren. Insgesamt funktionierten die pflanzlichen Polysaccharide besser oder genauso gut wie das herkömmliche Flockungsmittel Polyacrylamid, je nach Kombination von Extrakten und Wasserquelle.
Wichtig ist, dass die pflanzlichen Flockungsmittel in bestehende Wasseraufbereitungsverfahren integriert werden können. "Die gesamte Aufbereitungsmethode mit den ungiftigen Materialien nutzt die gleiche Infrastruktur", sagt Srinivasan. "Wir müssen nichts Neues bauen, um diese Materialien für die Wasseraufbereitung zu verwenden".
In Zukunft werden sie und ihr Team die Verhältnisse und Kombinationen von Flockungsmitteln auf Pflanzenbasis weiter anpassen, um die Entfernung verschiedener Arten von Mikroplastik aus einer Vielzahl von Wasserquellen zu optimieren, wie z. B. Meerwasser, Mündungswasser, Süßwasser und Grundwasser. Sie planen auch, ihr Verfahren zur Entfernung von ungiftigem Mikroplastik in Feldstudien außerhalb des Labors zu erweitern. Letztendlich hoffen sie, diese neue, pflanzenbasierte Methode zu kommerzialisieren, so dass Mikroplastik in industriellem Maßstab aus dem Wasser entfernt werden kann - und damit saubereres und sichereres Wasser für jedermann zum Trinken ermöglicht wird.
Die Forscher bedanken sich für die Unterstützung und Finanzierung durch die National Science Foundation (Preisnummer 1658984), die Tarleton State University und den High Plains Water Development District in Lubbock, Texas.
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