Nanofiltration zur effektiven Entfernung von Glyphosat aus Wasser
Membranen mit Poren im Nanometerbereich ermöglichen die Filtration des Herbizids Glyphosat sowie seines Abbauprodukts Aminomethylphosphonsäure (AMPA) aus Wasser. Der Erfolg dieses Verfahrens hängt nicht nur von der Molekülgröße und deren elektrischer Ladung ab, sondern auch von der Hydrathülle der Moleküle. Je ausgeprägter diese Wasserhülle ist, desto schwerer können die Moleküle die Membran passieren. Diese Erkenntnisse stammen von Forschenden des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und wurden in Nature Communications veröffentlicht (DOI: 10.1038/s41467-026-71492-y).
Hintergrund und Bedeutung
Wasser ist eine lebenswichtige Ressource, deren Qualität durch Schadstoffe wie Herbizide beeinträchtigt werden kann. Glyphosat ist das weltweit am häufigsten eingesetzte Herbizid und steht aufgrund möglicher gesundheitlicher Risiken, darunter krebserzeugende Wirkungen und Nervenschädigungen, sowie ökologischer Auswirkungen in der Diskussion. Nach dem Einsatz gelangt Glyphosat häufig in den Wasserkreislauf, weshalb effiziente Verfahren zur Wasseraufbereitung erforderlich sind.
Funktionsweise der Nanofiltration
Das Institute for Advanced Membrane Technology (IAMT) am KIT entwickelt Membranmaterialien, die Wasser passieren lassen, während Schadstoffe zurückgehalten werden. In Kooperation mit Forschenden der Ruhr-Universität Bochum, der Südböhmischen Universität Budweis und der Universität Lodz wurde untersucht, wie Glyphosat und AMPA mittels Nanofiltration entfernt werden können. AMPA entsteht hauptsächlich im Boden als Abbauprodukt von Glyphosat und besitzt ähnliche chemische Eigenschaften, bleibt jedoch länger im Wasser vorhanden.
Die Nanofiltration ist ein druckbasiertes Verfahren, bei dem Membranporen nur wenige Nanometer groß sind. Die Rückhaltung der Schadstoffe erfolgt durch mehrere Mechanismen:
- Physikalische Siebung: Moleküle, die größer als die Poren sind, werden zurückgehalten.
- Elektrische Abstoßung: Membranen besitzen oft eine elektrische Ladung, die Ionen gleicher Ladung abstößt.
- Hydrathülle: Moleküle sind von einer Schicht aus Wassermolekülen umgeben, die ihre effektive Größe beeinflusst und das Durchdringen der Membran erschwert.
Einfluss von pH-Wert und Druck auf die Filtration
Die Studie zeigt, dass der pH-Wert der Lösung und der angewandte Druck entscheidend für die Entfernung von Glyphosat und AMPA sind. Bei höheren pH-Werten nimmt die Ladung der Moleküle zu, was die Abstoßung durch die Membran verstärkt. Gleichzeitig vergrößert sich die Hydrathülle, wodurch die Moleküle effektiver zurückgehalten werden können. Ein höherer Druck kann jedoch die Hydrathülle teilweise zerstören, was die Filtration erschwert.
Methodische Ansätze
Die Messung der Hydrathülle organischer Moleküle ist komplex. Zur Analyse verwendeten die Forschenden der Ruhr-Universität Bochum die Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR), welche Wechselwirkungen von Infrarotlicht mit Molekülschwingungen erfasst. Ergänzend führten Teams der Südböhmischen Universität Budweis und der Universität Lodz computergestützte Molekulardynamik-Simulationen durch. Diese Methoden erweitern das Verständnis der molekularen Vorgänge bei der Nanofiltration und unterstützen die Weiterentwicklung effizienterer und kostengünstigerer Aufbereitungstechnologien.
Kontakt
Sandra Wiebe
Pressereferentin KIT
Telefon: +49 721 608-41172
E-Mail: sandra.wiebe@kit.edu
Über das Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Das KIT entwickelt im Dialog mit der Gesellschaft Lösungen für globale Herausforderungen wie Klimawandel, Energiewende, nachhaltige Ressourcennutzung, Künstliche Intelligenz, technologische Souveränität und demografischen Wandel. Als Universität in der Helmholtz-Gemeinschaft vereint das KIT exzellente Forschung und Anwendungsorientierung unter einem Dach. Mit über 10.000 Mitarbeitenden und 22.800 Studierenden trägt das KIT als Exzellenzuniversität zur Gestaltung einer nachhaltigen und resilienten Zukunft bei.
Originalpublikation
Phuong B. Trinh, Minh N. Nguyen, Zdenek Futera, Babak Minofar, Marco Personeni, Poul Petersen, Andrea I. Schäfer: The role of hydration in the removal of glyphosate (GLY) and aminomethylphosphonic acid (AMPA) by nanofiltration membranes. Nature Communications, 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-71492-y
