Projekt 37730/01

Entwicklung eines größenselektiven Filterkaskadensystems zur Analyse von Mikro- und Nanoplastikpartikeln in der Umwelt und für die humantoxikologische Anwendung

Projektdurchführung

Zielsetzung

Mit der zunehmenden Umweltbelastung durch Mikro- und Nanoplastikpartikel (MNP) ergeben sich Herausforderungen in der Analyse und Kontrolle dieser Partikel, besonders in Bezug auf ihre potenziellen Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit. Die Zielsetzung dieses Förderprojekts bestand darin, ein Filtersystem zu entwickeln, das die selektive Filtration und Analyse von MNP in Umwelt- und toxikologischen Proben ermöglicht. Das Projekt zielte darauf ab, eine präzise Größenabstufung der Partikel von >5 µm bis hinunter zu 90 nm in verschiedenen Filtrationsstufen zu erreichen.

Arbeitsschritte

Das Vorhaben umfasste mehrere spezifische Arbeitsschritte:

1. Design und Aufbau des Filterlayouts: Entwicklung einer mehrstufigen Filterkaskade zur selektiven Trennung von Mikro- und Nanoplastikpartikeln.
2. Prozessentwicklung zur Filtersubstrat-Herstellung: Implementierung und Optimierung von Laserbohrung und photoelektrochemischem Ätzverfahren zur Anpassung der Porengrößen und -struktur.
3. Anwendung der Filterkaskade: Test der Filterstufen in einem Prototyp und Analyse ihrer Wirksamkeit bei der Filtration verschiedener Partikelgrößen.
4. Analytik und Mikrostrukturdiagnostik: Validierung der Filtereffizienz mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM), µ-Raman und Atomkraftmikroskopie (AFM) zur Charakterisierung der gefilterten Partikel.
5. Endabstimmung der Filterkomponenten: Finalisierung des Designs, um ein marktfähiges Produkt bereitzustellen, das in der Umweltanalytik und in toxikologischen Anwendungen genutzt werden kann.

Diese Methoden und ihre Kombination übertreffen den derzeitigen Stand der Technik, da sie eine präzise Anpassung der Filterstruktur und -größe ermöglichen und damit zur nachhaltigen Reduzierung von Mikro- und Nanoplastik beitragen können.

Ergebnisse

Das entwickelte Filtersystem hat die gesetzten Ziele in großem Umfang erreicht. Es zeigte sich, dass die Filterkaskade Partikel in der angestrebten Größenordnung zuverlässig trennt und zur weiteren Analyse aufbereitet. Der Einsatz innovativer Methoden wie Laserbohren und photoelektrochemisches Ätzen konnte erfolgreich demonstriert werden und führte zu einem Filtersystem, das MNP mit hoher Effizienz filtert. Die Ergebnisse lassen auf eine potenzielle Umweltentlastung schließen, da das System für die Überwachung und Kontrolle von MNP in Umweltproben eingesetzt werden kann.

Öffentlichkeitsarbeit

Die Projektergebnisse werden in einem Abschlussbericht dokumentiert und der DBU zur Verfügung gestellt. Bei geplanten Maßnahmen zur Verbreitung, wie Veröffentlichungen und Vorträgen, erfolgt eine Abstimmung mit der DBU, um die Projektergebnisse zielgerichtet in die Umwelt- und Forschungsgemeinschaft zu kommunizieren.

Fazit

Das Projekt zeigt, dass das entwickelte Filtersystem innovative und praxisnahe Lösungen für die Analyse von Mikro- und Nanoplastik bietet. Der eingeschlagene Weg zur Entwicklung eines selektiven Filtersystems hat sich bewährt und bietet ein gutes Fundament für weitere Optimierungen. Künftige Entwicklungen könnten sich auf die Oberflächenstruktur und die Effizienzsteigerung der Filter konzentrieren, um die Technologie marktreif zu machen und sie für ein breites Spektrum an Anwendungen im Umwelt- und Gesundheitsbereich zu etablieren.