Entfernung von Nano/Mikroplastik aus Wasser mittels superparamagnetischer Kern-Hülle Nanopartikel

• Antragsteller: Professor Dr. Marcus Halik
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542274919

Beim Forschungsprojekt RePLAST sollen systematisch die nicht-kovalenten Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Sorten Mikro- und Nanoplastik (MNP) mit oberflächenfunktionalisierten superparamagnetischen Eisenoxidnanopartikeln (SPIONs) untersucht werden. Durch gezielte Verbesserung solch attraktiver Coulomb-Wechselwirkungen soll die Agglomeratbildung zwischen intrinsisch oberflächengeladenen Nanoplastik und SPIONs verbessert werden und somit die Effizienz der magnetischen Beseitigung dieser kleinskaligen Kontaminationen aus Wasser gesteigert werden. Zusätzlich sollen Wasserstoffbrücken-Bindungen genutzt werden um die Oberfläche gealterter Plastikpartikel zu adressieren. Die systematische Variation der SPION-Oberflächenladung soll durch die Selbstassemblierung von einfach und mehrfach geladenen oder polaren Molekülen (Phosphonsäurederivate) auf der Partikeloberfläche realisiert werden (top down) sowie durch die nachträglich Quaternisierung neutraler Amine (bottom up). Die in Voruntersuchungen beobachtete Selektivität der SPIONs gegenüber MNPs in Konkurrenz zu anorganischen Sedimenten gleicher Oberflächenladung aber größerer Oberflächenenergie als das Plastik soll besser verstanden werden und konzeptionell verbessert werden. Dazu sollen SPIONs vergleichend untersucht werden bei denen die Ladung direkt als Kopfgruppe Moleküle oder aber eingebettet in eine hydrophobe Molekülkette vorliegt um Ladung und Energie der SPIONs unabhängig variieren zu können. Die Effizienz der Interaktion (MNP/SPION) und somit der Entfernung von MNPs aus Wasser soll mithilfe der maximalen NCC (nanoplastics collection capability) experimentell bestimmt werden. Weiterhin soll die Grenzkonzentration für MNPs die mit der entwickelten Methodik entfernt werden kann bestimmt werden – als Qualitätswert für die genutzte Analysemethode. Die Auswahl an MNPs repräsentiert relevante Massenpolymere (PE, PS, PMMA sowie ein Kunstharz) in zwei Größenbereichen (50 – 100 nm and 1 – 10 mikrometer). Die SPION-MNP Wechselwirkungen sollen and chemisch unveränderten und gealterten MNPs untersucht werden. Zusätzlich soll das Potential der neuen SPIONs and realen Wasserproben getestet werden und für die besten Systeme deren Toxizität untersucht werden. RePLAST soll ein grundlegendes Verständnis der Wechselwirkungen von Mikro- und Nanoplastik mit funktionalen SPIONs liefern und somit hoch-effiziente reversible Bindungsmotive die es erlauben MNPs effizient aus Wasser zu entfernen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen