Entsorgte Seidengarne können verschmutzte Wasserwege reinigen

Forschende der Cornell University haben eine elegante und nachhaltige Methode zur Reinigung von Gewässern entwickelt: die Wiederverwendung eines Abfallprodukts zur Entfernung eines anderen.

Unter der Leitung von Larissa Shepherd, Ph.D., Assistenzprofessorin in der Abteilung für Human Centered Design im College of Human Ecology, hat das Team vorgeschlagen, ausrangiertes Seidengarn zur Entfernung von Farbstoffen und Öl aus dem Wasser zu verwenden. Untersuchungen an verschiedenen Formen von Seide - Gewebe, Garne und Fasern - ergaben, dass aus Seidengewebe aufgetrenntes Garn Methylenblau (MB), einen gängigen Textilfarbstoff, wesentlich schneller aus dem Wasser aufsaugt als andere getestete Formen von Seide.
 
Darüber hinaus kann das Seidengarn gereinigt und wiederverwendet werden. Shepherds Gruppe fand heraus, dass das Textil mindestens 10 Zyklen mit minimalem Funktionsverlust überstehen kann.
 
Shepherd ist Co-Autorin des Artikels „Waste Bombyx Mori Silk Textiles as Efficient and Reuseable Bio-Adsorbents for Methylene Blue Dye Removal and Oil-Water Separation,“, der im November 2024 in der Zeitschrift Fibers veröffentlicht wurde. Mitautoren sind Hansadi Jayamaha, Doktorand im Bereich der Faserwissenschaften, und Isabel Schorn, Studentin der Faserwissenschaften.

Jayamaha zufolge haben 12 Milligramm Seidenfilamentgarn eine 90 %ige MB-Farbstoffentfernungseffizienz innerhalb von 10 Minuten nach der Exposition, und zwar bei Konzentrationen von bis zu 100 Teilen pro Million, was wesentlich höher ist als die Effizienz anderer Formen - sogar von elektrogesponnenen Fasermatten oder Geweben, die mit den hohlen Seidenmikropartikelkugeln ausgerüstet sind, was eine Überraschung darstellte, so die Forschenden.

„Durch die Herstellung der Kugeln“, so Jayamaha, “schufen wir eine hydrophilere Oberfläche im Vergleich zum Seidengewebe, das eher hydrophob ist. Durch die Zerlegung des Gewebes in das Garnstadium schaffen wir eine größere Oberfläche, und das verbessert die Adsorption“.

Die Gruppe testete ebenfalls die Aufnahmefähigkeit von Seidentextilien für Öl und stellte fest, dass Noil-Gewebe (ein Textil, das Seidengarne enthält, die aus kurzen Fasern und nicht aus Filamenten bestehen) eine Ölaufnahmekapazität aufweist, die das Dreifache des ursprünglichen Gewichts des Gewebes für Maisöl und fast das Doppelte des Gewichts für Benzin beträgt.

Tests mit beiden Materialien haben gezeigt, dass das Material nach einem Funktionsverlust nach dem ersten Reinigungs- und Wiederverwendungszyklus seine Funktionalität über die folgenden neun Zyklen beibehält.

Die Gruppe fand heraus, dass diese Eigenschaft von Seide als Farbstoffadsorptionsmittel ohne chemische oder andere Veränderungen des Materials erreicht werden kann - es genügt, das Textilprodukt zu dekonstruieren.     

„Wenn man Seide recycelt, muss man sehr scharfe Chemikalien verwenden“, sagte Shepherd. „In unserem Fall verwenden wir nur die Stoffe selbst. Ja, wir müssen sie vielleicht aufdröseln, um den Nutzen zu erhalten, aber das ist viel besser, als diese aggressiven Chemikalien in die Umwelt zu bringen.“
Shepherd glaubt, dass „Kissen“, die Seidengarne aus ausrangierten Textilien und Reste aus dem Zuschneiden und Nähen in der Textilindustrie enthalten, ein wirksames Mittel zur Beseitigung von verschüttetem Material und Abfallstoffen sind, einschließlich MB-Farbstoff, der landwirtschaftliche Flächen und Wasserwege schädigt, wenn er versehentlich aus Textilfabriken freigesetzt wird.

„Wir haben erkannt, dass wir zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen können: Wir können Textilabfälle loswerden, was in der Textilindustrie im Allgemeinen ein großes Problem ist“, sagte Shepherd. „Und dann haben wir herausgefunden, dass es aufgrund seiner natürlichen, strukturellen Eigenschaften wirklich gut adsorbieren kann.“

Für diese Arbeit wurden die gemeinsam genutzten Einrichtungen des Cornell Center for Materials Research sowie die Cornell NanoScale Science and Technology Facility genutzt, einem Mitglied der National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, die von der National Science Foundation unterstützt wird. Diese Arbeit wurde teilweise durch ein Forschungsstipendium der American Association of Textiles Chemists and Colorists finanziert.