Juli 2011

Wasser-/Abwassernachrichten

(News-Archiv)

Nanotechnologie für Wasserfilter

idw-online.de, 21.07.2011

In der Nanotechnologie sind in den letzten Jahren neue Werkstoffe mit einer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten entstanden, wie beispielsweise Kohlenstoffnanoröhren, zylindrischen Werkstoffen aus Kohlenstoff mit einem Durchmesser von wenigen Nanometern. Diese Nanoröhren besitzen außergewöhnliche elektronische, mechanische und chemische Eigenschaften und können u.a. zur Reinigung von kontaminiertem Wasser verwendet werden.

(...) Viele wasserverunreinigende Stoffe haben eine hohe Affinität für Kohlenstoffnanoröhren. Deshalb können Schadstoffe aus kontaminiertem Wasser entfernt werden, indem sie durch dieses Material gefiltert werden, wie z.B. wasserlösliche Medikamente, die mit Aktivkohle kaum von Wasser getrennt werden können. Da Nanoröhren eine sehr große Oberfläche (ca. 500 m2 pro Gramm) aufweisen und dadurch hohe Mengen an Schadstoffen fixieren, kommt es nicht zu einer schnellen Filtersättigung. (...)

In den vergangenen zehn Jahren wurde bereits viel zum Thema Kohlenstoffnanoröhren geforscht; die Untersuchungen gestalten sich jedoch aufgrund der besonderen Eigenschaften der Nanoröhren als schwierig und Standardmethoden liefern nur begrenzt Ergebnisse. So ist das Verhalten von Kohlenstoffnanoröhren in der Umwelt noch weitgehend unerforscht. (...) Daher sind – bevor diese Filter zum Einsatz kommen – ein gutes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Schadstoffen und Kohlenstoffnanoröhren sowie das Wissen um ihr Verhalten unter natürlichen Bedingungen essentiell (...).

Ein Team des Departments für Umweltgeowissenschaften der Universität Wien erforscht derzeit die Umweltverträglichkeit von Nanoröhren mit einer neu entwickelten Methode, mit der auch sehr niedrige Schadstoffkonzentrationen, wie sie in der Umwelt vorkommen, analysiert werden können. (...) Die WissenschafterInnen entwickelten zunächst eine passive Probenahme-Methode, die es erlaubt, die Affinität von krebserregenden Schadstoffen, den polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAKs), für Kohlenstoffnanoröhren zu bestimmen. (...) NanowissenschafterInnen untersuchten die Absorptions- und Adsorptionseigenschaften von mehreren PAKs für die Kohlenstoffnanoröhrchen.

Ein weiterer Aspekt der untersucht wurde, ist das Phänomen der Konkurrenz unter Schadstoffen. In der Umwelt – insbesondere in kontaminierten Gewässern – liegt eine Vielzahl von unterschiedlichen Chemikalien vor. Bei einem Schadstoffgemisch konkurrieren die einzelnen Komponenten um die Adsorptionsplätze an den Kohlenstoffnanoröhren. Für die Verwendung der Nanoröhren als Filtermaterialien ist dieser "Konkurrenzkampf" jedoch von Nachteil, da die Wirksamkeit des Filters nach der Menge und der Art der Verunreinigung variieren würde. Durch das Erforschen der Konkurrenzverhältnisse unter Schadstoffen um Adsorptionsplätze könnten dann auch Fragen bezüglich des Sorptionsmechanismus beantwortet werden.

Unter Verwendung der klassischen Methoden mit relativ hohen Schadstoffkonzentrationen konnte nachgewiesen werden, dass die Konkurrenz unter drei PAKs um die Adsorptionsplätze sehr stark ist. Im Gegensatz dazu zeigten die neuen Experimente mit dem passiven Probenahme-Verfahren bei Schadstoffkonzentrationen von 13 PAKs, die in der Umwelt wahrscheinlich sind, dass keine Konkurrenz auftritt. Dieses Beispiel unterstreicht die Bedeutung der Entwicklung und Verwendung von experimentellen Methoden, die Ergebnisse für umweltrelevante Fragestellungen liefern können. (...) [weiter]

 

Flüssiges Wasser bei minus 130 Grad erzeugt
Erster experimenteller Beleg für exotische, zäh-fließende und hochdichte Wasserform

scinexx, 19.07.2011

Wenn Wasser auf weniger Null Grad Celsius abgekühlt wird, kristallisiert es normalerweise aus und wird zu Eis. Aber es gibt Ausnahmen: Ein schwedischer Forscher hat jetzt erstmals eine zuvor nur theoretisch postulierte Wasserform erzeugt, die bei minus 130 Grad Celsius und extrem hohem Druck flüssig ist. Diese hochdichte und ultra-zähflüssige Wasserform könnte daher beispielsweise auch auf anderen, kälteren Himmelskörpern vorkommen, so der Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS).

Wasser ist in vieler Hinsicht ein unnormaler Stoff. Zwar kristallisiert es normalerweise bei null Grad Celsius aus und wird zu Eis, aber gleichzeitig ist es durchaus möglich, flüssiges Wasser bis weit in den Minusbereich hin zu erhalten. Dieses so genannte supergekühlte Wasser (...) wird immer dichter, je kälter es wird und weniger dicht, wenn es sich erwärmt. „Das sind Abweichungen von der Norm, die man seit vielen Jahren kennt und die sehr wichtig sind“, erklärt Ove Andersson von der Universität von Umeå in Schweden. „(...) Die Antwort könnte darin liegen, wie die Eigenschaften des Wassers beeinflusst werden, wenn es hohem Druck ausgesetzt wird.“

Kristallines Wassereis wurde bei Temperaturen unterhalb von minus 140°C erhöhtem Druck von mehr als 1.000 Atmosphäre ausgesetzt. Dabei kollabierte die Kristallstruktur und es bildete sich ein amorphes Eis. In diesem sind die Wassermoleküle nicht geordnet, sondern ungeordnet in zufälliger Anordnung verteilt – ähnlich der amorphen Struktur von Glas.

(...) Erst der alternative Ansatz, durch Erwärmung sich dem hochdichten Wasser anzunähern, führte zum Erfolg. Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass sich amorphes Eis beim Erwärmen in die um 35 Prozent dichtere Form des flüssigen Wassers umwandeln kann. (...) [weiter]