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Absorptionsmittel : Mit Bornitrid gegen Ölverschmutzung

  • -Aktualisiert am

Öllache im Golf von Mexiko. Bild: AP

Bornitrid saugt große Mengen an Öl, Farbstoffe, Lösungsmittel und andere nicht mit Wasser mischbare Substanzen auf, wenn man das Material mit winzigen Poren versieht.

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          Sauberes Wasser ist ein höchst kostbares Gut. Daher sollte man es stets von Schmutz und Schadstoffen reinigen. Übliche Verunreinigungen, die aus Privathaushalten und der Landwirtschaft stammen, lassen sich in Kläranlagen beseitigen. Industrieabwässer etwa aus Papier-, Textil- oder Lederfabriken müssen jedoch häufig vorbehandelt werden, da sie Substanzen wie Öle, Farbstoffe und organische Lösungsmittel enthalten.

          Ein neues Absorptionsmittel, das diese Schadstoffe äußerst effektiv an sich bindet und damit aus dem Wasser entfernt, haben nun australische und französische Chemiker auf der Basis von Bornitrid entwickelt. Üblicherweise wird diese einfache Verbindung aus Bor und Stickstoff als Schleifmittel genutzt, da sie nach Diamant der härteste bekannte Werkstoff ist. Mit einem besonderen Herstellungsverfahren verliehen die Forscher um Weiwei Lei dem Bornitrid jedoch eine schwammartige Struktur. In dieser Form ist das Material recht saugfähig und kann Öl oder Farbstoffe in großen Mengen aufnehmen.

          Ein Festkörper erhält Löcher

          Die Forscher verwenden zur Herstellung des porösen Bornitrids die beiden Ausgangsstoffe Bortrioxid und Guanidinhydrochlorid. Die Mischung wird zwei Stunden lang auf 1100 Grad Celsius erhitzt, bis sich ein flockiges weißes Pulver bildet. Das Bornitrid hat eine ähnliche Struktur wie Graphen, besteht also aus einzelnen dünnen Lagen, in denen die Atome ein Bienenwabenmuster formen. Jeweils drei solcher Schichten sind übereinandergestapelt. Die Substanz ist außerdem von vielen Poren durchsetzt. Diese entstehen bei der Herstellung infolge der hohen Temperaturen durch kleine Blasen von Gasen wie Stickstoff oder Ammoniak.

          Recyclebarer Schwamm

          Seine besonderen Fähigkeiten zur Absorption zeigte das poröse Bornitrid, als die Forscher es mit ölverschmutztem Wasser zusammengaben. Die ursprünglich weiße Substanz färbte sich durch das aufgenommene Öl rasch dunkel. Schon nach zwei Minuten war sämtliches Öl absorbiert worden (“Nature Communications“, doi: 10.1038/ ncomms2818). Auch übliche organische Lösungsmittel wie Toluol oder Ethylenglykol saugt das Bornitrid auf. Da das Absorptionsmittel in Form von Flocken auf der Wasseroberfläche schwimmt, lässt es sich leicht abtrennen und anschließend wiedergewinnen. Gebundenes Öl lässt sich beispielsweise mit Lösungsmittel auswaschen. Man kann das Bornitrid aber auch auf 600 Grad erhitzen. Dann verbrennen Öl und organische Verschmutzungen, während das poröse Bornitrid unverändert bleibt.

          Ungewöhnliche Speicherkapazität

          Gegenüber konventionellen Absorptionsmitteln wie etwa Aktivkohle hat das poröse Bornitrid eine hohe Speicherkapazität und kann mehr als das Dreißigfache seines eigenen Gewichts an organischen Lösungsmitteln oder Öl aufnehmen. Auch handelsübliche Farbstoffe wie Kongorot oder Methylenblau, die die Abwässer von Textilfabriken belasten, fischt das poröse Bornitrid aus dem Wasser heraus. Ob Öl, Lösungsmittel oder Farbstoff - die aufgenommenen Moleküle werden in den zahlreichen Poren des Bornitrids festgehalten und auf der Oberfläche der Flocken gebunden. Allein bei Öl gibt es noch einen weiteren Effekt, der die Absorption begünstigt: Ölmoleküle werden auch zwischen den einzelnen atomaren Lagen des Bornitrids eingelagert. Dadurch steigt der Abstand zwischen den Schichten, und das Material schwillt an, was sich im Röntgendiffraktogramm erkennen lässt.

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