Forscher haben ein kostengünstiges Hydrogel entwickelt, das Phosphor aus kontaminierten Oberflächengewässern, Trinkwasservorräten oder Abwässern filtern kann. So lässt sich die Phosphorbelastung reduzieren und der Phosphor kann für landwirtschaftliche und industrielle Anwendungen wiederverwendet werden. Die Hydrogele fangen Phosphor nicht nur effizient ein und geben ihn wieder ab, sondern sind auch mehrfach wiederverwendbar – und somit kostengünstig.
Phosphor ist ein essentieller Bestandteil vieler Anwendungen, insbesondere für landwirtschaftliche Düngemittel. Es gibt jedoch zwei wesentliche Herausforderungen. Erstens stammt der in der Landwirtschaft und Industrie verwendete Phosphor hauptsächlich aus dem Bergbau, der auf begrenzte Ressourcen angewiesen ist und Umweltprobleme verursachen kann. Zweitens tragen hohe Phosphorwerte in Oberflächengewässern – aus landwirtschaftlichen Abflüssen, Kläranlagen und anderen Quellen – zu erheblichen Problemen der Wasserqualität bei, beispielsweise zur Eutrophierung, die sogenannte „Todeszonen“ verursacht.
„Die Idee, Phosphor aus kontaminiertem Wasser zu filtern, ist nicht neu. Bestehende Technologien basieren jedoch auf starken Säuren oder Basen, um den Phosphor nach der Abscheidung wieder freizusetzen“, sagt Jan Genzer, Co-Autor eines Artikels zu dieser Arbeit und S. Frank and Doris Culberson Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering an der North Carolina State University. „Letztendlich bringt dies eigene Umweltprobleme mit sich und macht die Phosphorgewinnung mithilfe von Filtrationstechnologien teuer. Wir haben bei der Lösung dieses Problems große Fortschritte gemacht.“
Die Forscher entwickelten ein Hydrogel, das zwei handelsübliche Materialien kombiniert: Polyethylenimin (PEI), ein kostengünstiges Polymer, dessen Molekularstruktur es ermöglicht, Phosphor aus dem Wasser zu gewinnen, während dieses durch das Material fließt, und Poly(methylvinylether-co-maleinsäureanhydrid) (PMVEMA), ein kostengünstiges Polymer, das sich mit dem PEI verbindet und ein robustes Gel bildet, das Wasser durchlässt, ohne seine strukturelle Integrität zu beeinträchtigen.
Im Test zeigte sich, dass das PEI/PMVEMA-Hydrogel Phosphor äußerst effizient aus kontaminiertem Wasser entfernte, während es bei Raumtemperatur durch das Material floss. Auch bei Raumtemperatur konnte der gebundene Phosphor mithilfe milder Basen effizient wieder freigesetzt werden.
