27 Okt 2015

Nanotechnologie: Abwasser mit Nanomagneten reinigen

Neue Anwendung der Nanotechnologie: schaltbare Nanomagnete lagern sich an Partikel im Abwasser an und Wertstoffe lassen sich so magnetisch abtrennen.

27 Okt 2015

Die Abtrennung von Wertstoffen aus Abwasser ist ein wichtiges Thema zum Recycling von Stoffen, die als Schlüsselrohstoffe in zugänglichen Lagerstätten nur begrenzt verfügbar, für die Herstellung industrieller oder auch elektronischer Produkte jedoch sehr wichtig sind. Die Universität Würzburg stellt mit der Doktorarbeit des Materialforschers Karl Mandel ein Verfahren aus der Nanotechnologie vor, bei dem eine solche Abtrennung unter Verwendung von Nanomagneten gelingt.

Magnetische Felder zur Anreicherung von Wertstoffen geeignet

Hufeisenmagnet mit Eisenspänen

Foto: Wikipedia / Oguraclutch, CC BY-SA 3.0

Die Idee, elektrische oder magnetische Felder zur Abtrennung von Wertstoffen aus Abwasser zu verwenden, ist nicht neu: häufig ist die Konzentration der abzutrennenden Stoffe so gering, dass adsorptive Verfahren oder der Einsatz von Flockungshilfsmitteln wirtschaftlich wenig sinnvoll sind. Würde es also gelingen, die Konzentration der Wertstoffe im Abwasser anzureichern, würde sich die Wirtschaftlichkeit bei der Abtrennung dieser Stoffe dadurch erheblich verbessern.

Der Schlüssel des vorgestellten neuen Verfahrens liegt darin, dass die eingesetzten Nanopartikel zunächst in sehr feiner Verteilung vorliegen und sich adsorptiv an die gewünschten Wertstoffe im Abwasser anlagern. Die Neuheit dieses Verfahrens der Nanotechnologie besteht nun darin, dass diese Nanopartikel zunächst nicht magnetisch sein dürfen, da es sonst zu „Verklumpungen“ aufgrund der magnetischen Wechselwirkung der Partikel kommen würde. Durch geeignete Auswahl der Stoffe, aus denen die Nanomagnete aufgebaut sind, gelingt es, diese Partikel mit einem starken äußeren Magnetfeld selbst zu magnetisieren, und zwar genauso lange, wie das äußere Magnetfeld einwirkt. Bewegt man nun dieses äußere Magnetfeld zu einer geeigneten Abscheideposition, können die „beladenen“ Nanopartikel abgetrennt, der Wertstoff aus- bzw. abgewaschen werden – und die so gereinigten Nanomagnete stehen wieder für den nächsten Reinigungsschritt von Abwasser zur Verfügung.

Nanotechnologie mit Nutzung von Nanomagneten macht aus Kläranlagen Rohstoffquellen

Gelingt die großtechnische und wirtschaftliche Umsetzung des Verfahrens, so könnten damit Kläranlagen und kleinere Anlagen zur Abwasserreinigung grundsätzlich zu Rohstoffquellen werden. Aufgrund der großen Bedeutung des Verfahrens wurde die Arbeit mit dem ersten Preis in der Sektion Natur- und Technikwissenschaften des Deutschen Studienpreises der Körber-Stiftung (Hamburg) ausgezeichnet. Mit diesen spannenden Kenntnissen ausgestattet leitet Karl Mandel nun den Bereich „Partikeltechnologie und Grenzflächen“ am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC) in Würzburg.

Nanoklebstoffe als Ersatz für Schweißprozesse

Nano-Klebstoffe ersetzen in der Industrie den oft aufwändigen Schweißprozess.
(Foto: Maçka/aboutpixel.com)

Schaltbare Nanomagnete auch in der Klebstofftechnologie nützlich

Die Nutzung „schaltbarer Nanomagnete“ ist übrigens nicht auf die Reinigung von Abwasser beschränkt: Dank der Nanotechnologie und der Nutzung „superparamagnetischer“ Partikel hat ein deutsches Unternehmen einen neuen Zusatzstoff entwickelt, der Klebstoffe und Haftmittel „schaltbar“ macht. Die superparamagnetischen Eisenoxidkristalle (etwa 5 bis 25 nm klein), die in eine Siliziumdioxidhülle eingebettet sind, werden dabei in einem schnell wechselnden, äußeren Magnetfeld in Schwingung versetzt. Dabei erhitzen sie sich sehr stark und lösen damit den Beginn der Vernetzung der Klebstoffmatrix aus.

Man darf also von dieser neuartigen und innovativen Nanotechnologie sicherlich noch viele neue Ansätze zur Verbesserung bestehender Verfahren und Methoden erwarten.

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