PFAS: Innovativer Filter gegen Ewigkeitschemikalien entwickelt
PFAS (per- und polyfluorierte Alkylverbindungen) finden sich in zahlreichen Alltagsprodukten – etwa in Outdoorjacken, Teflonpfannen oder Feuerlöschschaum – weil sie extrem wasser‑, fett- und schmutzabweisend sowie hitzebeständig sind. Ihre Widerstandsfähigkeit macht sie jedoch zu einem Umweltproblem: Sie bauen sich kaum ab und können gesundheitsschädlich sein.
Das neue Material, das speziell für die Bindung hartnäckiger Schadstoffe wie PFAS entwickelt wurde, basiert auf sogenannten kovalenten organischen Gerüststrukturen (COFs). Diese besitzen winzige Poren in Nanogröße, in denen PFAS-Moleküle hängenbleiben können. Besonders bemerkenswert: Die COFs entstehen durch ein mechanisches Verfahren – das Mahlen in einer Kugelmühle.
„Wir nutzen dazu einen speziellen Mahlbecher, in den Pulver, ein Tropfen Lösungsmittel und zwei Stahlkugeln gegeben werden“, erklärt BAM-Forscherin Franziska Emmerling. „Die schnellen, wiederholten Stöße der Kugeln übertragen mechanische Energie direkt auf die Feststoffe. Dadurch entstehen gezielt Defekte und die Partikel werden verkleinert. Das erleichtert die Diffusion der Moleküle, aktiviert ihre Reaktivität und ermöglicht so die Bildung neuer chemischer Verbindungen, die unter klassischen Bedingungen oft nicht zugänglich wären.“
Die Herstellung wurde am Forschungszentrum DESY in Hamburg mit Hilfe der Röntgenlichtquelle PETRA III untersucht. Während die Kugelmühle arbeitete, durchleuchtete ein Röntgenstrahl alle zehn Sekunden den Inhalt. So konnte das Team live beobachten, wie sich die Ausgangsstoffe in die neuen Gerüststrukturen verwandelten.
Das Adsorptionsverhalten des Materials, also seine Fähigkeit PFAS an der Oberfläche zu binden, wurde sowohl in experimentellen Studien als auch mithilfe theoretischer Modellierungen detailliert untersucht. Ziel war es, die Interaktion zwischen PFAS und der COF-Oberfläche besser zu verstehen.
Das neue Material kommt ohne Schwermetalle aus und ist damit besonders umweltfreundlich. Die Filter könnten künftig z.B. direkt in Kläranlagen von Unternehmen eingesetzt werden, die PFAS produzieren, damit sie nicht von dort ins Abwasser und in die Umwelt gelangen.