Mit Graphenoxid zum Trinkwasser

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Heutige Entsalzungsanlagen arbeiten mit Wasserfiltern auf Polymerbasis. Diese können nur verhältnismäßig langsam arbeiten, weil das Salzwasser sich erst in der Membran lösen muss, bevor es durch sie diffundieren kann. Damit das schneller geht, wird an der Möglichkeit geforscht, Salzwasser mit Graphenoxid zu filtern. Doch der Stoff quillt in Flüssigkeit oder sehr feuchten Umgebungen auf und verringert die Filterleistung. Forscher von der University of Manchester haben mit einem schlichten Mittel jetzt Abhilfe geschaffen.

Graphenoxid in Form halten

Graphenoxid sieht aus wie eine Bienenwabe: Es besitzt eine zweidimensionale Struktur, die Kohlenstoffatome sind sechseckig angeordnet. Um daraus eine Membran zu bilden, werden viele dieser Schichten bis auf 100 Mikrometer aufeinander geschichtet. Zwischen den einzelnen Schichten entstehen siebartige Zwischenräume. Flüssigkeit ausgesetzt, dehnen sie sich aus. Die britischen Forscher platzierten Epoxidharz-Schichten an jede der beiden Seiten des Graphenoxids. Sie halten die Struktur der Zwischenräume in Form. Da sich Natrium- und Chloratome, aus denen sich Speisesalz zusammensetzt, in Wasser gelöst an Wassermoleküle bindet, bleiben sie in den Zwischenräumen des Graphenoxids hängen. In bisherigen Entwicklungen konnten diese kleineren Salze die Graphenoxidschichten passieren.

Die durch das Epoxidharz stabilisierte Struktur des Graphenoxids hat noch einen weiteren Vorteil. "Wenn die Kapillargröße ungefähr einen Nanometer beträgt, was ziemlich genau der Größe eines Wassermoleküls entspricht, bilden die Moleküle ein Gebilde wie ein Zug", sagte der Forscher Raul Nair im Interview mit der BBC. "So bewegt sich das Wasser schneller: Wenn man an der einen Seite drückt, bewegen sich aufgrund der Wasserstoffbrückenbindungen alle auf die andere Seite."

Filterleistung noch ausbaufähig

Noch beträgt die Leistungsfähigkeit der Membran mit einem halben Liter pro Stunde und Quadratmeter Filterfläche bei einem Bar Druck nur etwa ein Zehntel anderer Filteranlagen. Die Forscher gehen aber davon aus, dass sie den Durchfluss erheblich steigern können, wenn die Membrandicke von 100 auf einen Mikrometer verringert wird. Kanadische Forscher haben bereits gezeigt, dass dies möglich ist.

Bisherige Experimente mit einlagigem, nicht-oxidiertem Graphen hatten im Labor zwar auch funktioniert, eignen sich aber laut den Forschern nicht für industrielle Anwendungen. In das einlagige Graphen müssen mit hoher Genauigkeit Löcher im Nanomenter-Bereich geschossen werden. Dies sei im größeren Maßstab nicht durchzuführen.

Wege zum Graphenoxid

Nicht nur die Membranen aus Graphenoxid können leichter hergestellt werden, indem sie aufgeschichtet werden. Auch das Graphenoxid selbst ist leicht zu gewinnen: Forscher aus Irland haben einen Weg gefunden, wie es sogar in der heimischen Küche in einem Mixer hergestellt werden kann.

(jle)