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pte20200721026 Umwelt/Energie, Forschung/Entwicklung

Sauerstoffradikale killen gefährliche Bakterien

Abwässer lassen sich mit raffiniert aufgebauten Kügelchen deutlich effektiver reinigen


E.-coli-Bakterien lassen sich einfach zerstören (Foto: Deyi Li/en.tongji.edu.cn)
E.-coli-Bakterien lassen sich einfach zerstören (Foto: Deyi Li/en.tongji.edu.cn)

Houston/Schanghai (pte026/21.07.2020/13:45) - Fangen, einwickeln und vernichten: So zerstören Forscher der Rice University http://rice.edu und der Tongji University http://en.tongji.edu.cn selbst die schlimmsten und resistentesten Krankheiterreger in Abwässern. Normalerweise überstehen sie die Reinigungsprozeduren schadlos, doch den raffiniert aufgebauten Kügelchen der Experten Pedro Alvarez und Yalei Zhang sind sie nicht gewachsen.

Graphen- und Stickstoffoxid

Die Kerne der Kugeln enthalten Wismut, Sauerstoff und Kohlenstoff. Umhüllt werden sie von Graphenoxid, in das die Forscher Stickstoffoxide eingeschmuggelt haben. Die Kügelchen produzieren Sauerstoffradikale, das sind besonders reaktionsfähige Moleküle, die Sauerstoff enthalten. Sie zerstören im menschlichen Körper Zellen oder wandeln sie in Krebs um. Ähnlich aggressiv verhalten sie sich gegenüber Bakterien aller Art sowie entarteten Genen, die im Abwasser vorkommen.

Um Radikale zu produzieren, benötigen die Kügelchen Licht - es handelt sich um fotokatalytisch aktives Material. Die stickstoffdotierte Graphenoxidhülle sorgt dafür, dass die Fähigkeit des Kerns, Radikale in großen Mengen zu erzeugen, erhalten bleibt. Sogenannte Antioxidantien - zu den bekanntesten gehört Vitamin C - machen Jagd auf die Radikale. Was im menschlichen Körper erwünscht ist, reduziert die Effektivität im Abwasser.

Kügelchen wiederverwendbar

Den Fachleuten nach spielt der Stickstoff in den Hüllen eine wichtige Rolle. Er sorge dafür, dass mehr Zeit für die Zerstörung von Krankheitserregern wie E. coli bleibt. "Das Einwickeln des aktiven Kerns verbessert die Wechselwirkung zwischen den Kügelchen und der Bakterienoberfläche", unterstreicht Pingfeng Yu, Postdoktorand an der Rice University. Dadurch verringere sich der Verlust an zerstörerischen Radikalen durch Antioxidantien.

Damit die Kugeln das gereinigte Abwasser nicht dauerhaft belasten, werden sie vor dem Verlassen der Kläranlage per Membranfilter aufgefangen. "Sie sind groß genug, um hängenzubleiben", sagt Yu. Sie können dann wiederverwendet werden. Tests hätten gezeigt, dass deren Aktivität nach zehn Zyklen kaum abgenommen hatte. Auch daran ist die Hülle beteiligt. Tests ohne diese Hülle zeigten, dass die Wirkung der Kügelchen schnell abnimmt.

(Ende)
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