Entfernung von Schwermetallen aus wässrigen Systemen mit thiolfunctionalisierten superparamagnetischen Nanopartikeln

Wir haben gezeigt, dass superparamagnetische Eisenoxid (Fe3O4) Nanopartikel mit einer Oberflächenfunktionalisierung aus Dimercaptosuccinsäure (DMSA) ein effektives Sorptionsmaterial für toxische Weichmetalle wie Hg, Ag, Pb, Cd und Tl sind, die effektiv an die DMSA-Liganden binden, sowie für As, das an die Eisenoxidgitter bindet. Die Nanopartikel sind hochdispersibel und stabil in Lösungen, haben eine große Oberfläche (114 m2/g) und einen hohen Gehalt an funktionellen Gruppen (1,8 mmol Thiol/g). Sie werden von einem Magnetfeld angezogen und können innerhalb einer Minute mit einem 1,2 T Magneten aus der Lösung separiert werden. Die chemische Affinität, Kapazität, Kinetik und Stabilität der magnetischen Nanopartikel wurden mit denen konventioneller, harzbasierter Sorbentien (GT-73), Aktivkohle und nanoporos silicagel (SAMMS) mit ähnlicher Oberflächenchemie in Flusswasser, Grundwasser, Meerwasser sowie menschlichem Blut und Plasma verglichen. DMSA-Fe3O4 hatte eine Kapazität von 227 mg Hg/g, was einen 30-fach höheren Wert als GT-73 darstellt. Die Nanopartikel entfernten 99 Gew.-% von 1 mg/L Pb innerhalb einer Minute, während es über 10 und 120 Minuten dauerte, bis Chelex-100 und GT-73 96% von Pb entfernen konnten.