Ein Filter für Glyphosat

Gegen die Kontamination: Ein neuartiger Filter könnte dabei helfen, das Herbizid Glyphosat aus dem Grundwasser und Trinkwasser zu entfernen. Möglich wird dies durch eine speziell angepasste metallorganische Gerüstverbindung (MOF), die das Pestizid selektiv bindet. Mithilfe dieses Filters könnte daher beispielsweise das Wasser für die Trinkwassergewinnung vom Glyphosat gereinigt werden. Dies trägt dazu bei, die Kontamination mit diesem potenziell umwelt- und gesundheitsschädlichen Pflanzenschutzmittel einzudämmen.

Glyphosat ist das weltweit am häufigsten eingesetzte Herbizid – und längst auch in Böden, Gewässern und der Nahrungskette präsent. Gleichzeitig ist der Einsatz dieses Pflanzenschutzmittels hoch umstritten. Denn es mehren sich die Indizien dafür, dass dieses Organosphosphat bei verschiedenen Organismen Fehlbildungen und Nervenschäden hervorrufen kann, außerdem steht es im Verdacht, krebserregend zu sein. Umso wichtiger ist es, Glyphosat wenigstens bei der Trinkwassergewinnung aus dem Wasser zu entfernen.

Metallorganische Gerüstverbindung als Glyphosat-Fänger

Eine neue Methode für die Reinigung von glyphosatbelastetem Wasser haben nun Shaghayegh Naghdi von der Technischen Universität Wien und ihre Kollegen entwickelt. Kernbestandteil ist eine metallorganische Gerüstverbindung (MOF). Diese porösen Feststoffe bestehen aus einem organischem Kohlenwasserstoff-Gerüst, in das Metallionen über Komplexbindungen eingeklinkt sind. Durch ihre schwammartige Struktur besitzen diese Molekülkomplexe eine besonders große Oberfläche von bis zu 7.000 Quadratmeter pro Gramm.

„Das bedeutet, dass in einem Gramm MOF ein ganzes Fußballfeld Platz findet“, erklärt Seniorautor Dominik Eder von der TU Wien. „Folglich können in den Poren viele Moleküle adsorbiert werden, was MOFs zu idealen Materialien macht, um Moleküle wie CO2, anorganische Salze und organische Schadstoffe direkt aus der Luft oder Wasser zu binden.“

Maßgeschneiderte Poren und Bindungsstellen

Als Ausgangsbasis für ihren Glyphosat-Filter verwendeten die Forschenden die Gerüstverbindung MIL-125-Ti, die Titan-Ionen im Gitter enthält. Unter normalen Bedingungen sind die Poren dieses MOF jedoch zu eng, sodass das Glyphosat nur schwer bis zu den Stellen der aktiven Adsorptionsprozesse vordringen kann. In flüssigen Medien wie Wasser können die Lösungsmittelmoleküle diesen Diffusionsprozess zudem zusätzlich verlangsamen und die Poren verstopfen.

Um dieses Problem zu lösen, haben die Chemiker eine Strategie entwickelt, um zusätzliche Poren mit einem Durchmesser von bis zu zehn Nanometern in ihr MOF einzubauen. Dafür verringerten die Chemiker selektiv die Zahl der organischen Verbindungsstreben im Gerüst. Dies schafft nicht nur mehr Platz für das Glyphosat, es fördert auch die Bildung zusätzlicher aktiver Bindungsstellen für das Herbizid. „Diese Bindungen sind stark genug, um Glyphosat und ähnliche organische Verbindungen sehr schnell und effizient zu adsorbieren.“, erklärt Eder.

Effiziente Reinigung

Das Ergebnis ist eine metallorganische Gerüstverbindung, die Glyphosat selektiv und effizient aus Wasser entfernen kann. Erste Tests ergaben, dass das neue Material in nur 20 Prozent der Zeit dreimal so viel Glyphosat aufnehmen kann wie das derzeit beste Adsorptionsmittel. „Gleichzeitig sind die Bindungen schwach genug, um Glyphosat mit einer einfachen Natriumchlorid-Salzlösung wieder zu entfernen, so dass diese MOFs mehrfach verwendet werden können“, sagt Eder.

Die Forschungsgruppe plant, weitere MOFs zu entwickeln, mit denen noch andere Schadstoffe adsorbiert oder umgewandelt werden können. (Advanced Functional Materials, 2023; doi: 10.1002/adfm.202213862)

Quelle: Technische Universität Wien