3D-gedruckte Keramik-Monolithen, die Wasser von „Ewigkeitschemikalien“ reinigen

Wasser ist nicht überall auf dieser Welt selbstverständlich. Weltweit haben 2,2 Milliarden Menschen keinen Zugang zu einer sicheren Trinkwasserversorgung und weitere 3,5 Milliarden Menschen verfügen nicht über angemessene sanitäre Einrichtungen. Diese Daten, die im jüngsten Weltwasserentwicklungsbericht der Vereinten Nationen veröffentlicht wurden, bestätigen die Notwendigkeit konkreter Maßnahmen zur Gewährleistung gesunder Lebensbedingungen. Eine der größten Herausforderungen in der Wasserkrise ist das Problem der Verschmutzung. Abfall, Plastik in den Meeren, das Abfließen von Chemikalien und Industrieabfällen ins Grundwasser und viele andere menschliche Tätigkeiten beeinträchtigen die Qualität unserer Wasserversorgung. Zahlreiche Unternehmen spezialisieren sich nun darauf, Lösungen vorzuschlagen und nutzen dazu innovative Technologien. Eines der jüngsten Beispiele nutzt 3D-gedruckte Keramik-Monolithen zur Reinigung von Wasser von Chemikalien.

Ein Team der University of Bath in England hat eine Lösung gefunden, die mindestens 75 % der Perfluoroctansäure (PFOA) aus dem Wasser entfernt. Sie erfanden rankenförmige Monolithen, die mit Keramik bedruckt sind. Die Ergebnisse dieser Studie sind vielversprechend und die Entwickler sehen in ihrem Produkt ein wirksames und skalierbares neues Instrument zur Entfernung von Chemikalien aus Wasser.

Bild: Chemical Engineering Journal

Welche Chemikalien können durch die 3D-gedruckten Keramik-Monolithen entfernt werden?

Perfluoralkylsubstanzen (PFAS) sind eine der am häufigsten verwendeten Chemikalienfamilien in der heutigen Industrie. PFAS werden auch als „langlebige Chemikalien“ oder „Ewigkeitschemikalien“ bezeichnet, da es bis zu 1000 Jahre dauert, bis sie sich zersetzen. Diese Stoffe werden in verschiedenen Konsumgütern verwendet, weil sie wasser-, fett- und feuerbeständig sind. Beispiele für Produkte, die diese Stoffe enthalten, sind Teflonpfannen, Reinigungsmittel, fettbeständiges Papier, Textilien und andere. Zu diesen Stoffen gehört auch die Perlurooctansäure (PFOA), die nun mit keramischen Druckmonolithen beseitigt werden könnte. Trotz ihrer Nützlichkeit ist es nicht überraschend, dass PFAS gesundheitsschädlich sind. Studien haben ergeben, dass PFAS Schilddrüsenstörungen, hormonelle Veränderungen, Entwicklungs- und Herz-Kreislauf-Probleme verursachen und das Risiko von Krebs und Diabetes erhöhen.

PFAS-Entfernung mit 3D-Keramik-Monolithen

Die entstandenen Monolithen sind etwa 4 cm lang und haben die Form eines Gitters. Die verwendete Tinte ist mit keramischem Indiumoxid imprägniert, das, wenn es in PFAS-haltiges Wasser gelegt wird, sofort an den Monolithen haftet und in weniger als drei Minuten entfernt werden kann. Dr. Liana Zoumpouli, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachbereich Chemieingenieurwesen der Universität Bath, sagt: „Die Herstellung der Monolithen mittels 3D-Druck ist relativ einfach und bedeutet auch, dass der Prozess skalierbar sein sollte. Der 3D-Druck ermöglicht uns die Herstellung von Objekten mit einer großen Oberfläche, was für den Prozess entscheidend ist. Sobald die Monolithen fertig sind, werfen wir sie einfach ins Wasser und lassen sie ihre Arbeit tun. Das ist sehr aufregend und wir freuen uns darauf, das Verfahren weiterzuentwickeln und in der Praxis zu sehen.„

3D-Drucktechnologie zur Herstellung der 3D-gedruckten Keramik-Monolithen

Das Verfahren zur Herstellung dieser keramischen Monolithen war die Materialextrusion. Als Drucker wurde der 3D-Keramikdrucker Lutum®5 von VormVrij verwendet. Letzterer ist ein in den Niederlanden ansässiger Hersteller von keramischen 3D-Drucklösungen. Wie bereits erwähnt, haben die Monolithen ein Gitterdesign und die Studie hat gezeigt, dass sie nach einer ersten Reinigung von PFAS wiederverwendet werden können. Um sie wieder zu verwenden, müssen sie lediglich nach jedem Gebrauch einer Hochtemperatur-„Regenerations“-Wärmebehandlung unterzogen werden.

Extruder des Lutum®5 (Bild:VormVrij)

Tests in dieser ersten Phase haben gezeigt, dass die gedruckten Monolithen 75 % des PFOA aus dem Wasser entfernen können und dass ihre Herstellung und Verwendung mit bestehenden Wasseraufbereitungsanlagen im Vereinigten Königreich und anderswo kompatibel ist. In Zukunft werden die Forscher die Monolithen weiter verfeinern und hoffen, sie in großem Maßstab einsetzen zu können. Diese Studie wurde im Chemical Engineering Journal veröffentlicht, die vollständige Veröffentlichung können Sie HIER lesen.

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*Titelbildnachweis: University of Bath