25.01.2012
Britische Wissenschaftler stellen die erste magnetische Seife der Welt her
Ein Team der Universität Bristol hat durch Lösen von Eisen in einem flüssigen Tensid eine magnetisch steuerbare Seife hergestellt. Diese Entdeckung könnte zur Herstellung von Reinigungsmitteln verwendet werden, die nach der Benutzung entfernt und zur Beseitigung von Ölverschmutzungen auf See eingesetzt werden können.
Wissenschaftler von der Universität Bristol haben eine aus eisenreichen,
in Wasser gelösten Salzen bestehende Seife entwickelt, die auf
Magnetfelder in Lösungen reagiert. Mit Hilfe von Neutronen wurde am
Institut Laue-Langevin (ILL) nachgewiesen, dass die magnetischen
Eigenschaften der Seife von winzigen eisenreichen Klumpen in der wässrigen
Lösung herrühren. Diese Eigenschaft in einer voll wirksamen Seife könnte
Bedenken gegen den Einsatz von Seifen zur Beseitigung von
Ölverschmutzungen zerstreuen und industrielle Reinigungsprodukte revolutionieren.
Wissenschaftler suchen seit Langem nach Wegen, Seifen (oder Tenside, wie
der in der Industrie verwendete Name ist) in einer Lösung zu steuern, um
ihre Fähigkeit zu verbessern, Öle in Wasser aufzulösen und sie dann vom
System zu entfernen. Das Team an der Universität Bristol arbeitete bereits
früher an Seifen, die auf Licht, Kohlendioxid oder Änderungen des pH-
Werts, der Temperatur oder des Drucks reagieren. Ihr jetziger, in der
Zeitschrift Angewandte Chemie veröffentlichter Durchbruch ist die erste
Seife weltweit, die auf ein Magnetfeld reagiert.
Eine Zeit lang hielt man ionische flüssige Tenside, meist bestehend aus
Wasser mit bestimmten Übergangsmetallkomplexen (Schwermetalle wie Eisen,
gebunden an Halogene wie Brom oder Chlor), für möglicherweise steuerbar
durch Magnete. Aber stets stand dem die Annahme entgegen, dass ihre
metallischen Zentren innerhalb der Lösung zu isoliert seien, was die
langreichweitige Wechselwirkung verhindert, die für eine magnetische
Aktivität notwendig ist.
Das Team in Bristol unter der Leitung von Professor Julian Eastoe stellte
seine magnetische Seife durch Lösung von Eisen in einer Reihe von trägen
Tensidmaterialien, bestehend aus Chlor- und Bromionen, her, sehr ähnlich
zu denen in üblichen Mundwässern oder Weichspülern. Durch Zusatz von Eisen
entstehen metallische Zentren in den Seifenpartikeln.
Zur Untersuchung ihrer Eigenschaften schob das Team einen Magneten in ein
Testrohr mit der neuen Seife, die unter einer organischen Lösung mit
geringerer Dichte lag. Nach Einführung des Magneten überwand die
eisenreiche Seife sowohl die Schwerkraft als auch die Oberflächenspannung
zwischen Wasser und Öl, schwebte frei durch die organische Lösung,
erreichte die Quelle der magnetischen Energie und bewies damit ihre
magnetischen Eigenschaften.
Nachdem das Tensid entwickelt und seine magnetische Eigenschaft bewiesen
war, nahm es das Team von Professor Eastoe mit ans Institut Laue Langevin.
Dort, am weltweit führenden Zentrum für Neutronenforschung und Heimat der
stärksten Neutronenquelle, sollte der wissenschaftliche Hintergrund der
bemerkenswerten Eigenschaften untersucht werden.
Es ist bekannt, dass Tenside in Wasser winzige Klümpchen bilden (Mizellen
genannte Teilchen). Wissenschaftler am ILL bestätigten durch
Kleinwinkelneutronenstreuung (SANS – Small Angle Neutron Scattering), dass
der Klumpen des eisenreichen Tensids für die magnetischen Eigenschaften
verantwortlich war.
Dr. Isabelle Grillo, verantwortlich für die Chemielaboratorien am ILL:
„Die Teilchen des Tensids in der Lösung sind klein und daher mit Licht
kaum zu erkennen Mit SANS andererseits sind sie aber leicht zu entdecken
Mit dieser Technik können wir Struktur und Verhalten jeglicher Materialien
in Größenordnungen zwischen wenigen Nanometern und bis zu zig Mikrometer
untersuchen.“
Die möglichen Anwendungen magnetischer Tenside sind vielfältig. Ihre
Empfindlichkeit auf externe Stimuli ermöglicht durch einen einfachen
magnetischen Ein-Aus-Schalter die Änderung einer Reihe von Eigenschaften
wie elektrische Leitfähigkeit, Schmelzpunkt, Größe und Gestalt von
Anlagerungen und das leichte Lösungsvermögen in Wasser. Bisher können
diese Faktoren, die für die effiziente Anwendung von Seifen in einer
Vielzahl industrieller Umgebungen wichtig sind, nur durch Hinzufügen einer
elektrischen Ladung oder einer Änderung des pH-Werts, der Temperatur oder
des Drucks im System gesteuert werden. All diese Änderungen gestalten die
Zusammensetzung des Systems irreversibel um; deren Beseitigung kostet Geld.
Seine magnetischen Eigenschaften vereinfachen das Zusammentreiben und
Entfernen des Materials aus einem System, wenn es einmal ausgebracht
worden ist Dies legt künftige Anwendungen besonders bei
Umweltsäuberungsaktionen und Wasserbehandlungen nahe. Wissenschaftliche
Experimente, die eine genaue Kontrolle von Flüssigkeitströpfchen
erfordern, können durch Zugabe dieses Tensids und mit einem Magnetfeld
ebenfalls vereinfacht werden.
Professor Julian Eastoe von der Universität Bristol: „Während die meisten
Magnete aus Metallen bestehen, sind diese flüssigen Tenside von einem rein
wissenschaftlichen Standpunkt aus gesehen äußerst ungewöhnlich und machen
sie so zu einer besonders interessanten Entdeckung. Aus einem
kommerziellen Blickwinkel betrachtet, sind diese Flüssigkeiten für
Haushaltsprodukte zwar noch nicht reif. Trotzdem kann der Nachweis, dass
man magnetische Seifen entwickeln kann, künftig zur Nutzung desselben
Phänomens in eher kommerziell interessanten Flüssigkeiten für eine Reihe
von Anwendungen von Wasseraufbereitung bis zu industriellen
Reinigungsprodukten führen.“
„Jedes System, das nur als Antwort auf einen externen, seine
Zusammensetzung nicht beeinflussenden Stimulus reagiert, ist ein
bedeutender Durchbruch, weil man Produkte herstellen kann, die nur
reagieren, wenn sie sollen. Ferner erweitert die Möglichkeit, das Tensid
nach dem Einsatz wieder entfernen zu können, die denkbaren Anwendungen in
umweltsensiblen Bereichen wie zur Reinigung von Ölverschmutzung, bei der
in der Vergangenheit Bedenken erhoben wurden“, bemerkt der nicht an dieser
Forschung beteiligte Industriechemiker Peter Dowding.
Weitere Informationen finden Sie unter
http://www.ill.eu - Internetauftritt des Institut Laue-Langevin
Institut Laue-Langevin
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