Ein internationales wissenschaftliches Forschungsteam unter der Leitung der Rice University in den Vereinigten Staaten gab kürzlich bekannt, dass es ein neues umweltfreundliches Verfahren entwickelt hat, mit dem Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), sogenannte „Forever Chemicals“, in Gewässern schnell eingefangen und abgebaut werden können. Dieser Erfolg gilt als wichtiger Schritt im Kampf gegen hartnäckige Umweltverschmutzungen.
PFAS sind vom Menschen hergestellte Chemikalien, die seit den 1940er Jahren häufig in Alltagsprodukten wie Teflon-Antihaftbeschichtungen, wasserdichter Kleidung und Lebensmittelverpackungen verwendet werden. Sie werden häufig verwendet, da sie hitzebeständig, ölbeständig und wasserdicht sind. Sie werden jedoch auch „Forever Chemicals“ genannt, da sie äußerst schwer abbaubar sind. Derzeit wurden PFAS in großem Umfang in Wasser, Boden und Luft auf der ganzen Welt nachgewiesen. Verwandte Studien haben gezeigt, dass die Exposition gegenüber solchen Substanzen mit Leberschäden, Fortpflanzungsproblemen, Störungen des Immunsystems und einem erhöhten Risiko für bestimmte Krebsarten verbunden ist, was ihre Behandlung zu einem wichtigen Problem im Umweltbereich macht.
Lange Zeit basierte die gängige Technologie zur PFAS-Entfernung hauptsächlich auf der Adsorption: Dabei wurden Materialien wie Aktivkohle oder Ionenaustauscherharz verwendet, damit PFAS daran haften konnte, und dann wurde das Adsorptionsmittel für die Behandlung zentralisiert. Allerdings leiden diese Methoden oft unter geringer Effizienz, langsamer Verarbeitungsgeschwindigkeit, begrenzter Kapazität und der Entstehung von Sekundärabfall bei der anschließenden Entsorgung. Michael S. Wang, Professor an der George R. Brown School of Engineering and Computing der Rice University, wies darauf hin, dass bestehende Methoden „zu langsam, zu ineffizient und zusätzlichen Abfall erzeugen“, um den langfristigen und groß angelegten Sanierungsbedarf zu decken.
Der Durchbruch in dieser Forschung kommt von einem Kupfer-Aluminium-Schicht-Doppelhydroxid-Material (LDH). Dieses System wurde erstmals 2021 von Jin Jianhan vom Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) als Doktorand entdeckt. In weiteren Experimenten stellte Yongkun Zhong, ein Postdoktorand an der Rice University, fest, dass eine Art nitrathaltiger Formel ungewöhnlich starke Adsorptionseigenschaften für PFAS aufwies. Ihm zufolge verfügt dieses LDH über eine mehr als 1.000-mal höhere Aufnahmekapazität für PFAS als andere Materialien, es wirkt extrem schnell und kann eine große Menge PFAS innerhalb von Minuten entfernen, was etwa 100-mal schneller ist als handelsübliche Aktivkohlefiltermedien.
Das Forschungsteam wies darauf hin, dass der Schlüssel zur hohen Effizienz dieses Materials in seiner inneren, hochgeordneten Kupfer-Aluminium-Schichtstruktur und seinem leichten Ladungsungleichgewicht liegt, was eine ideale Mikroumgebung für die „schnelle und starke“ Bindung von PFAS-Molekülen bietet. In anschließenden Tests überprüften die Forscher die Leistung in realen Wasserproben wie Flusswasser, Leitungswasser und Abwasser. Ob in statischen Aufbereitungs- oder kontinuierlichen Durchflusssystemen, dieses LDH zeigte stabile und hervorragende Entfernungseffekte und zeigte technisches Anwendungspotenzial in der kommunalen Wasserversorgung und industriellen Abwasseraufbereitung.
Das Team lieferte auch neue Ideen für ein weiteres großes Problem der PFAS-Governance – die vollständige Zerstörung von Schadstoffen. In Zusammenarbeit mit Pedro Alvarez und James Tull von der Rice University entwickelte Zhong Yongkun einen thermischen Zersetzungsprozess: Durch Erhitzen von adsorptionsgesättigtem LDH mit Kalziumkarbonat kann mehr als die Hälfte der eingefangenen PFAS zersetzt und „mineralisiert“ werden, ohne dass giftige Nebenprodukte freigesetzt werden. Darüber hinaus regeneriert der Prozess auch das aktive Material, sodass es wiederverwendet werden kann.
Vorläufige Untersuchungen zeigen, dass dieses Material mindestens sechs vollständige „Einfang-Zerstörung-Regeneration“-Zyklen durchlaufen kann und vom Forschungsteam als das erste umweltfreundliche System angesehen wird, das PFAS-Entfernung und nachhaltiges Recycling integriert. Projektleiter Wang sagte, dass diese einzigartige LDH-Technologie voraussichtlich in naher Zukunft die Art und Weise verändern wird, wie mit PFAS kontaminiertes Wasser behandelt wird, und dass das Erreichen der Ergebnisse untrennbar mit der transnationalen Zusammenarbeit und der Kreativität junger Forscher verbunden sei.
Das zugehörige Papier mit dem Titel „A Renewable Water Treatment Platform for Ultrarapid Capture and Mineralization of Per- and Polyfluoroalkyl Substances“ wurde am 25. September 2025 in der Zeitschrift Advanced Materials veröffentlicht. Die Forschung wurde von der National Research Foundation of Korea, dem Saudi Aramco-KAIST Carbon Dioxide Management Program, dem U.S. Army Corps of Engineers Engineering Research and Development Center, dem Rice University Sustainability Institute und dem WaTER Institute finanziert.
Zusammengestellt von /ScitechDaily