Nachhaltige Aktivkohle aus Palmabfällen zur Adsorption von Nickel(II) aus wässrigen Lösungen

Landwirtschaftliche Abfälle in einen leistungsfähigen Wasserfilter verwandeln

Weltweit kämpfen Gemeinden mit Flüssen und Brunnen, die durch industrielle Abwässer belastet sind. Ein besonders problematischer Schadstoff ist Nickel, ein Metall, das Lunge und Nieren schädigen kann und bei Anreicherung im Körper sogar Krebs auslösen kann. Diese Studie untersucht eine überraschend einfache Idee: verworfene Palmblätter — landwirtschaftlicher Abfall, der oft verbrannt wird — zu einem preiswerten Filtermaterial zu verarbeiten, das Nickel aus Wasser mit nahezu perfekter Effizienz entfernt.

Warum Nickel im Wasser eine unterschätzte Gefahr ist

Nickel gelangt in Abwässer aus der Galvanik, Batterieproduktion, Metallveredelung und vielen anderen Industriezweigen. Da es sich leicht löst und sich im Boden sowie im Grundwasser frei bewegt, kann es weit vom ursprünglichen Verschmutzungsort transportiert werden. Niedrige Dosen sind Bestandteil normaler biologischer Prozesse, höhere Konzentrationen stehen jedoch im Zusammenhang mit Atemwegsproblemen, geschwächtem Immunsystem, Nierenschäden, Allergien und einem erhöhten Lungenkrebsrisiko. Bestehende Behandlungstechnologien — wie chemische Fällung, Membranfiltration und Ionenaustausch — können wirksam sein, sind aber häufig teuer, energieintensiv und erzeugen große Mengen Schlamm, was für kleinere oder ärmere Gemeinden problematisch ist.

Von Palmwedeln zu leistungsfähiger Kohle

Ägypten baut mehr Dattelpalmen an als jedes andere Land, und jeder Baum produziert jährlich über 25 Kilogramm trockener Blätter und Wedel. Diese Reststoffe werden meist als Abfall behandelt. In dieser Arbeit schnitten die Forschenden Palmwedel in kleine Stücke, wuschen und trockneten sie, ließen das Material in Phosphorsäure einwirken und erhitzten es im Ofen. Dieser Prozess verwandelt die Pflanzenmasse in Aktivkohle — eine sehr poröse Form von Kohlenstoff mit großer innerer Oberfläche. Sorgfältige Messungen zeigten, dass das entstandene Material, PFTAC genannt, eine mesoporöse Struktur mit schlitzartigen Poren, eine große innere Oberfläche (über 350 Quadratmeter pro Gramm) und zahlreiche chemische Gruppen an der Oberfläche besitzt, die Metallionen aus Wasser binden können.

Wie der neue Filter Nickel aus Wasser entfernt

Um PFTAC zu testen, gaben die Forschenden es in mit Nickel beladenes Wasser und rührten die Mischung unter verschiedenen Bedingungen, variierten Kontaktzeit, Temperatur, Säuregrad (pH) und Anfangskonzentration von Nickel. Unter optimierten Bedingungen — mäßige Temperatur, leicht saures bis neutrales pH und realistische Nickelwerte — entfernte das Material innerhalb von 90 Minuten bis zu 99,65 Prozent des gelösten Nickels. Die Daten zeigten, dass Nickel hauptsächlich als einzelne, einheitliche Schicht auf der Kohlenstoffoberfläche haftet, was mit einem sogenannten Langmuir-Isothermenmodell übereinstimmt. Kinetische Analysen deuteten darauf hin, dass der Prozess durch chemische Wechselwirkungen gesteuert wird und nicht nur durch rein physikalisches Festhalten. Nickelionen diffundieren in die Poren und binden an sauerstoffreiche Stellen wie Hydroxyl-, Carboxyl- und Phosphatgruppen, die während der Phosphorsäurebehandlung entstanden sind.

Betriebsbedingungen für maximale Reinigung abstimmen

Die Forschenden untersuchten auch, wie praxisnahe Betriebsbedingungen die Leistung beeinflussen. Sie fanden heraus, dass sehr niedriger pH (stark saures Wasser) dazu führt, dass Nickel- und Wasserstoffionen um dieselben Bindungsstellen konkurrieren, was die Entfernung verringert. Mit steigendem pH bis etwa 3 verbessert sich die Nickelaufnahme, bei noch höheren pH-Werten beginnt Nickel jedoch, als festes Hydroxid auszufällen, was sein Verhalten ändert. Eine Erhöhung der Menge der palm-basierten Kohle bietet mehr aktive Stellen und steigert die Entfernungseffizienz, während höhere Temperaturen das Eindringen der Nickelionen in die Poren erleichtern, was bestätigt, dass der Prozess endotherm ist und bei Wärme leichter abläuft. Mithilfe einer statistischen Methode, der Response-Surface-Methodik, kartierte das Team, wie Zeit, Temperatur und Anfangs-Nickelgehalt zusammenwirken, und zeigte, dass ihr mathematisches Modell die Entfernungseffizienz über ein breites Bedingungsfeld zuverlässig vorhersagen kann.

Was das für saubereres, günstigeres Wasser bedeutet

Für Nichtfachleute ist die wichtigste Erkenntnis klar: Ein gewöhnlicher landwirtschaftlicher Abfall — Palmwedel — lässt sich in einen kostengünstigen, wiederverwendbaren Filter verwandeln, der Nickel aus Wasser nahezu vollständig entfernt. Da das Material aus lokal verfügbarem Biomasserohstoff hergestellt werden kann, nur bescheidene Ausrüstung benötigt und regenerierbar ist, könnte es Fabriken und Kommunen helfen, Verschmutzung zu reduzieren, ohne auf komplexe, teure Technologien zurückgreifen zu müssen. Mit weiteren Tests in Durchflussanlagen und an realen Industrieabwässern könnte Aktivkohle aus Palmabfällen einen praktikablen Weg zu sichererem Trinkwasser und saubereren Flüssen bieten — besonders in Regionen, in denen sowohl Wasser als auch Geld knapp sind.

Zitation: Hammad, W.A., Abdel-latif, M.S., Hawash, S.A. et al. Sustainable activated carbon from palm waste for aqueous nickel II adsorption. Sci Rep 16, 6523 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37088-8

Schlüsselwörter: Nickelentfernung, Aktivkohle, Palmabfall, Schwermetalle, Abwasserbehandlung