Shenyang – Graphen und seine Derivate könnten eine Schlüsselrolle bei der Bekämpfung neu auftretender Schadstoffe spielen – von Mikroplastik über PFAS („forever chemicals“) bis hin zu pharmazeutischen Rückständen und radioaktiven Verunreinigungen. Das betont ein aktueller Übersichts- und Perspektivartikel in der Fachzeitschrift New Contaminants, der am 29. Januar 2026 veröffentlicht wurde.
Neue Schadstoffe (emerging contaminants) gelangen aus Industrie, Konsumgütern, Landwirtschaft und nuklearen Prozessen in Wasser, Böden und Nahrungsketten. Sie treten oft in extrem niedrigen Konzentrationen auf, sind aber persistent, bioakkumulativ und schwer mit herkömmlichen Methoden zu entfernen. Viele herkömmliche Kläranlagen sind dafür nicht ausgelegt.
Graphen – eine einzelne Lage Kohlenstoffatome in zweidimensionaler hexagonalen Anordnung – bietet einzigartige Eigenschaften: riesige spezifische Oberfläche, hohe mechanische Stabilität, außergewöhnliche Elektronenmobilität und chemische Anpassbarkeit. Die Autoren um Junjie Chen (Shenyang Agricultural University) heben zwei Hauptansätze hervor:
- Membrantrennung
Graphenoxid- oder Graphen-basierte Membranen wirken als ultradünne, hochselektive Filter. Nanoskalige Kanäle lassen Wasser durch, blockieren aber gezielt Schadstoffe. Labortests zeigen Entfernungsraten von über 99 % bei bestimmten Verunreinigungen – bei gleichzeitig hohem Wasserdurchfluss. - Katalytischer Abbau
Graphen dient als Plattform für fortschrittliche Oxidationsprozesse. Seine hohe Leitfähigkeit und Oberflächenreaktivität beschleunigen chemische Reaktionen, die persistente Moleküle zerstören. Besonders vielversprechend: Graphen-basierte Katalysatoren können stabile Kohlenstoff-Fluor-Bindungen in PFAS aufbrechen – ein Problem, das konventionelle Verfahren kaum lösen.
Besonders wirksam sei die Kombination beider Ansätze in hybriden Systemen: Zuerst werden Schadstoffe angereichert (Filtration), dann chemisch zerstört (Katalyse). Das minimiert Sekundärverschmutzung und steigert die Gesamteffizienz.
Credits
Junjie Chen Yichi Zhang Shirui Wang Xing Liu Chaoqi Ge Lin Shi Zetao Wang Yongchun Wei und Guosheng Shi
Trotz der vielversprechenden Laborergebnisse stehen noch Hürden bevor:
- Hohe Produktionskosten und Skalierungsprobleme bei großflächigem Graphen
- Langzeitstabilität und potenzielle Umweltfreisetzung von Graphenmaterialien
- Komplexe reale Abwässer mit Mischkontaminationen
- Notwendigkeit multifunktionaler Membranen (z. B. mit integrierter Detektion)
Die Autoren fordern interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Materialwissenschaft, Umwelttechnik, Chemie und Toxikologie. Nur so könnten Laborerfolge in praxistaugliche Wasserreinigungstechnologien überführt werden.
„Graphenbasierte Materialien könnten die Art und Weise, wie wir neue Schadstoffe entfernen und abbauen, grundlegend verändern“, resümieren die Forscher. „Sie bieten eine realistische Chance, eine der drängendsten Umweltherausforderungen unserer Zeit zu bewältigen – wenn wir jetzt gezielt investieren und die verbleibenden Hürden überwinden.“
Der Artikel „A perspective on graphene-based material platforms for mitigating new contaminant“ ist frei zugänglich.
DOI
