Abwasserreinigung mit Nanomagneten

Für seine Doktorarbeit bekommt der Würzburger Materialforscher Karl Mandel (28) den mit 25.000 Euro dotierten Deutschen Studienpreis. In der Arbeit geht es um Wasserreinigung und Rohstoffrecycling mit nanomagnetischen Helfern. Düngemittel, Schwermetalle und andere Stoffe verschmutzen weltweit Wasser. Aber mit "nanomagnetischen Greifern" ist es möglich, diese Stoffe aus dem Wasser zu holen. So werden sie für Industrie oder Landwirtschaft wieder nutzbar gemacht; gleichzeitig wird das Wasser gereinigt.

Solche Greifer hat der 28-jährige Würzburger Materialforscher Karl Mandel in seiner Doktorarbeit entwickelt. Es handelt sich um winzige Spezialpartikel, die sich in Abwasser ganz fein verteilen und darin enthaltene Stoffe wie Phosphat oder Arsen selektiv chemisch binden. Der Clou daran: Die Nanopartikel lassen sich mit einem Magneten ganz einfach aus dem Abwasser herausziehen. Der an sie gebundene Stoff wird dann abgewaschen, gesammelt und zum Beispiel für industrielle Prozesse wiederverwertet. Auch die Partikel selbst sind wiederverwendbar.

Nanoteilchen werden zu schaltbaren Magneten

Bei der Entwicklung dieser Nano-Greifer bestand eine Herausforderung darin, die Spezialpartikel richtig aufzubauen. Um nämlich in Abwasser Stoffe binden zu können, müssen sich die Partikel sehr fein verteilen. Sie dürfen darum zunächst nicht magnetisch sein - sonst würden sie sich gegenseitig anziehen und verklumpen.

Karl Mandel setzte also auf Nanopartikel, deren magnetische Ausrichtung schaltbar ist: Sie rotiert zunächst willkürlich in alle Richtungen - aber nur solange, bis ein großer Magnet in ihre Nähe gebracht wird. Dann richtet sich die Magnetisierung der Partikel aus, so dass der Magnet sie anzieht. Entfernt man den Magneten, verlieren die Partikel ihre magnetische Eigenschaft wieder.

Kläranlagen könnten zu Rohstoffquellen werden

"Mit diesem Verfahren könnten Kläranlagen zu Rohstofflagerstätten der Zukunft werden, während gleichzeitig das Wasser gereinigt wird", heißt es in einer Pressemitteilung des Würzburger Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung (ISC). Dort hat Karl Mandel die praktischen Arbeiten für seine Dissertation durchgeführt, dort leitet er jetzt den Bereich "Partikeltechnologie und Grenzflächen".

Bei seiner Promotion an der Fakultät für Chemie und Pharmazie der Universität Würzburg wurde der junge Wissenschaftler von Professor Gerhard Sextl betreut. Sextl ist Inhaber des Lehrstuhls für Chemische Technologie der Materialsynthese und Leiter des Fraunhofer ISC.

Auszeichnung mit Deutschem Studienpreis

Für die wissenschaftliche Qualität und die hohe gesellschaftliche Relevanz seiner Doktorarbeit bekam Karl Mandel einen der Deutschen Studienpreise zugesprochen, die die Körber-Stiftung (Hamburg) vergibt: Der Würzburger erhält den mit 25.000 Euro dotierten ersten Preis in der Sektion Natur- und Technikwissenschaften. Die Verleihung findet am 2. Dezember in Berlin statt.

Als Promotionsstudent wurde Mandel vom Fonds der Chemischen Industrie mit einem Kekulé-Stipendium gefördert. Seine Doktorarbeit war zudem teilweise ins Projekt "BioSupaWert" eingebunden, unterstützt von der Baden-Württemberg-Stiftung. In diesem Umfeld war Mandel mit dem Projektteam schon im Herbst 2013 mit dem "Zukunftspreis Re-Water Braunschweig" ausgezeichnet worden.

Die Arbeit mit magnetischen Nanopartikeln am Würzburger Fraunhofer-Institut ist für Mandel damit keineswegs beendet: Ein ebenfalls von der Baden-Württemberg-Stiftung finanziertes Folgeprojekt zum Thema Phosphat-Rückgewinnung hat jüngst begonnen. Mandel will sich künftig auch noch stärker in der wissenschaftlichen Lehre engagieren.

Quelle: Universität Würzburg