DE10146375B4 - Biokompositmaterial, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung - Google Patents

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Abstract

Biokompositmaterial zur Biosorption von Uran und Kupfer, das ein anorganisches Gel und darin homogen verteilte, trocknungsstabile Zellprodukte enthält, wobei der Anteil der trocknungsstabilen Zellprodukte 0.1–50 Gew.-%, bezogen auf das trockene Biokomposit, beträgt und die trocknungsstabilen Zellprodukte von metallbindenden Mikroorganismen stammen und aus Sporen, Zellwand-Proteinen und/oder abgetöteten Zellen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die trocknungsstabilen Zellprodukte aus lebenden Zellen hergestellt sind, die aus einer schwermetallhaltigen Umgebung isoliert und kultiviert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kompositmaterial (Biokompositmaterial, Biocer), das ein anorganisches Gel und darin verteilte biologische Materialien umfasst. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das Kompositmaterial ist als Biofilter in der Umwelttechnik zur Entfernung von Schwermetallionen aus wässrigen Lösungen geeignet.
  • Es ist bekannt, dass derzeit große Anstrengungen unternommen werden, Biomoleküle (Moleküle von biologischen oder natürlich gebildeten Materialien) in anorganischen Matrizen zu immobilisieren, da daraus im Vergleich zu den bislang verwendeten polymeren Matrizen u. a. folgende Vorteile resultieren:
    • – hohe mechanische, thermische und photochemische Stabilität,
    • – hohe Transparenz,
    • – biologische Inertheit (d. h. keine Nahrungsquelle für Mikroorganismen), und
    • – steuerbare Porosität und variabler Immobilisierungsgrad. Solche Biokompositmaterialien bieten zahlreiche neue potenzielle vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten, z. B. zur Herstellung biokompatibler Oberflächen in der Medizintechnik, zur Biokatalyse, Biogenese und für neuartige Wirkstoff-Freisetzungssysteme.
  • Neben der Möglichkeit, Biomoleküle oder Bakterienzellen an anorganischen Trägern wie Silicagel, Bentonit u. a. adsorptiv an der Oberfläche zu fixieren, wie es beispielsweise in IN 171047 beschrieben wurde, besteht die Möglichkeit einer direkten Einbettung von Biomolekülen in eine anorganische Matrix durch Nutzung der modernen Sol-Gel-Technik (vgl. C. J. Brinker, G. Scherer, ”Sol-Gel Science: The Physics and Che mistry of Sol-Gel-Processing”, Academic Press Inc., Boston 1990).
  • Die Verfahrensweise ist aus dem folgenden Schema (Verfahren zur Bildung eines Biokompositmaterials (BM = Biomolekül)) ersichtlich:
    Figure 00020001
  • Auf diese Weise ist zum Beispiel die vorteilhafte Einbettung von Enzymen oder anderen Proteinen in anorganische Matrizen möglich (siehe z. B. US 5 200 334 , US 5 300 564 ). In jüngster Zeit wurden Versuche unternommen, in ähnlicher Weise Zellgewebe in ein Organosilikon ( US 5 693 513 ) bzw. tierische und antimikrobielle Zellen in ein Gel, hergestellt aus einem Organosilkon, einzukapseln ( US 5 739 020 ). In mehreren Patenten wird zur Einkapselung von Mikroorganismen die Kombination von SiO2-Gelen mit wasserlöslichen Polymeren wie Polyvinylalkohol, Gelatine ( US 4 148 689 ) bzw. Alginaten ( US 4 797 358 , WO 96/35780 ) beschrieben.
  • Es ist bekannt, dass eine Reihe von Mikroorganismen sehr effektiv Metallionen reversibel binden, z. B. Uran, Thorium durch Pseudomonas-Stämme ( US 4 780 238 , GB 2 145 428 ). Andere Möglichkeiten bestehen in der mikrobiologischen Reduktion der Metallionen zu unlöslichen Metallen ( EP 1 016 633 , US 6 080 572 ). Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich z. B. zur Urangewinnung aus Meerwasser ( JP 63237779 , US 4 263 403 ).
  • Mit den dort beschriebenen Verfahren ist es nicht gelungen, derartige metallbindende Mikroorganismen durch eine poröse Sol-Gel-Matrix wirksam zu immobilisieren. Bei den oben genannten Techniken wurde als Träger SiO2 mit organischen Polymeren kombiniert. Das Problem besteht darin, dass die Mikroorganismen die Einbettung in die reinen Metalloxid-Gele nicht unbeschadet überstehen. Dies hat mindestens zwei Ursachen:
    • (a) durch den Trocknungsprozess im anorganischen Gel werden die Mikroorganismen praktisch zerquetscht und als Beschichtungen nach Rissbildung z. T. direkt zerrissen,
    • (b) die überlebenden Mikroorganismen verhungern nach kurzer Zeit infolge Nahrungsmittelmangel und werden dabei so deformiert, dass ihr Metallbindungsvermögen stark verringert wird. Das führt dazu, dass die Biofilter-Wirkung von lebenden Mikroorganismen in einer reinen SiO2-Matrix nach kurzer Zeit drastisch sinkt und derartige Biokomposite aufgrund ihrer geringen Lagerstabilität und starken Feuchteabhängigkeit für praktische Anwendungen nicht geeignet sind.
  • DE 198 11 900 C2 beschreibt ein biokompatibles Kompositmaterial auf Basis eines anorganischen Gels für medizinische Anwendungen, z. B. zur Beschichtungen von Implantaten. Das Gel enthält keine trocknungsstabilen Zellprodukte von metallbindenden Mikroorganismen und ist auch nicht zur Biosorption von Schwermetallen wie Uran und Kupfer bestimmt und geeignet.
  • In der DE 195 20 906 A1 wird ein modifiziertes Material auf Stärke- und/oder Cellulosebasis, d. h. Produkten von Pflanzen und nicht Mikroorganismen, beschrieben, welches durch Aufbringen eines Metalloxid-Sols auf den Rohstoff und anschließende Gelierung und Trocknung gebildet wurde. Das Material wird zur Herstellung biologisch abbaubarer Formteile und Dämmstoffe verwendet.
  • US 5,084,389 A offenbart eine Zusammensetzung zur Bioadsorption von Schwermetallen aus Wasser. Diese Zusammensetzung wird hergestellt durch Dispergieren einer Pilzbiomasse in einer wässrigen Mischung von Natriumsilikat und einer weiteren Metallverbindung und anschließende Filtration und Trocknung. Durch diesen Filtrationsschritt wird der größte Teil der Silikatkomponente abgetrennt und es entsteht ein Produkt mit einem sehr hohen Biomassegehalt von ca. 90 Gew.-%. Bei diesem Produkt dient der geringe Silikatanteil lediglich als Binde- oder Klebematerial für die Pilzbiomasse, es kann sich jedoch, trotz der Verwendung des Begriffes Sol-Gel-Matrix, keine echte anorganische Gelmatrix ausbilden.
  • M. Al-Saraj et al., Journal of Non-Crystalline Solids (1999), S. 137–140, offenbaren eine Zusammensetzung zur Anreicherung von Schwermetallen, bei dem sich Biomasse des Hefe-Mikroorganismus Saccharomyces cerevisiae in einer durch einen Sol-Gel-Prozess hergestellten Matrix befindet. Dieser Mikroorganismus wurde nicht aus einer schwermetallhaltigen Umgebung isoliert, enthält nicht die für Bakterien spezifischen S-Layer-Proteine und eine Eignung zur Adsorption von Uran wird nicht offenbart.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Kompositmaterial mit Biomolekülen anzugeben, das insbesondere als Filtermaterial zur Entfernung von Schwermetallionen wie Uran aus wässrigen Lösungen geeignet ist. Das Kompositmaterial soll lager- und trockenstabil sein und eine hohe Biofilterwirkung aufweisen. Es ist auch die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kompositmaterials anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Kompositmaterial und ein Verfah ren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Grundidee der Erfindung besteht insbesondere im Einsatz von Biokomponenten, die zwar ein ähnlich hohes Metallbindungsvermögen wie lebende Mikroorganismen aufweisen, aber viel stabiler gegen mechanische und thermische Einflüsse sowie Trocknungseinflüsse sind. Überraschenderweise konnten die Aufgaben erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, dass man zur Herstellung eines Biokompositmaterials, das zur Biosorption von Schwermetallen wie Uran geeignet ist, trocknungsstabile Zellprodukte, nämlich Sporen, Zellwand-Proteine (sog. S-Layers) oder abgetötete Zellen in ein anorganisches Silizium- oder Metalloxidgel nach dem Sol-Gel-Verfahren einbettet. Die Zellprodukte bzw. abgetöteten Zellen stammen dabei von lebenden Mikroorganismen, die aus einer schwermetallhaltigen Umgebung isoliert wurden.
  • Ein Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Biokompositmaterial (Biocer), das ein anorganisches Gel und darin homogen verteilte, trocknungsstabile Zellprodukte (Sporen, Zellwand-Proteine, oder abgetötete Zellen) enthält. Unter den trocknungsstabilen Zellprodukten werden allgemein Substanzen oder Materialien verstanden, die aus biologischen Zellen gewonnen worden sind. Es werden beispielsweise durch Nährstoffentzug oder mechanischen Einfluss aus lebenden Zellen Zellteile abgetrennt oder gebildet, die langzeitstabil haltbar sind. Die Zellprodukte bestehen aus Biomolekülen.
  • Den Erfindern ist es gelungen, trocknungsstabile Zellprodukte, die von metallbindenden Mikroorganismen aus einer schwermetallhaltigen Umgebung abgeleitet sind, durch eine poröse Sol-Gel-Matrix wirksam zu immobilisieren, so dass sich für die Biokomposite sowohl als Beschichtung von Trägern bzw. als bulk-Produkte (Granulate) neue industrielle Anwendungsmöglichkeiten z. B. als Füllmaterial für Biofilter-Säulen ergeben.
  • Als anorganisches Gel können Metalloxide von Elementen der II.–V. Haupt- und Nebengruppe des Periodensystems wie SiO2, Al2O3, ZrO2, TiO2, B2O3, ZnO, CaO, P2O5 oder deren Gemische verwendet werden, die man durch einen Sol-Gel-Prozess erhält. Durch saure oder alkalische Hydrolyse der entsprechenden Metallalkoxide entsprechend dem oben gezeigten Schema entstehen anorganische Nanosole, die durch Neutralisation, Erwärmung, Fluorid-Zugabe oder Lösungsmittelverdampfung zu lösungsmittelhaltigen Lyogelen geliert und nach Trocknen zu Xerogelen in Form von bulk-Produkten umgewandelt werden können. Durch Beschichtung der Nanosole auf einen beliebigen Träger (z. B. Glas, Papier, Folien, Metall oder Textilien) und anschließende Trocknung können auch dünne transparente Xerogel-Filme erzeugt werden.
  • Für die Modifizierung der Sol-Gel-Schichteigenschaften kann der Hydrolyseprozess der Metallalkoxide in Gegenwart zugemischter Alkyl-trialkoxysilane R-Si(OR')3 und/oder Dialkoxysilane R2-Si(OR')2 durchgeführt werden, wodurch modifizierte Metalloxidgele gebildet werden, die bezogen auf 1 Gewichtsanteil Metalloxidgel 0 bis 2 Gewichtsanteile R-SiO3/2 und/oder R2=SiO enthalten. R ist ein organischer Alkyl- oder Arylrest, der Amino-, Hydroxy-, Epoxy- oder Alkoxygruppen enthalten kann oder durch Halogene substituiert ist. R' ist ein Alkylrest, vorrangig mit 1-4 Kohlenstoffatomen. Durch diese Modifizierung können z. B. die mechanischen Eigenschaften der Komposite gezielt verbessert werden.
  • Für die Einbettung der Biokomponente in die anorganische Gelmatrix ist es vorteilhaft, aus den Nanosolen den Alkohol zu entfernen, der einerseits als Lösungsmittel zur Homogenisierung des Hydrolysegemisches (Alkoxysilane sind wasserunlöslich), andererseits als Hydrolyseprodukt vorhanden ist. Das kann man durch Verdampfung des Alkohols unter adäquater Wasserzugabe bei 20°C durch Durchleiten eines inerten Gasstromes erreichen.
  • Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Biokompositmaterials, das zur Biosorption von Schwermetallionen wie Uran geeignet ist, werden als trocknungsstabile Zellprodukte Sporen, Zellwand-Proteine (sog. S-Layers) oder abgetötete Zellen verwendet. Diese werden aus lebenden Mikroorganismen hergestellt, die aus einer schwermetallhaltigen Umgebung isoliert und kultiviert wurden. Als besonders geeignet erwiesen sich hierfür lebende Bacillus sphaericus JG-A12 Zellen, die aus Abwässern eines Uranbergwerkes (Grube Haberland/Johanngeorgenstadt/Deutschland) isoliert und kultiviert wurden. Die lebenden Zellen können leicht in lager- und trockenstabile Zellprodukte überführt werden:
    • (1) in Sporen durch verringertes Nahrungsangebot und Zusatz von Mangan-Salzen,
    • (2) in S-Layer, d. h. in isolierte Zellwandproteine, die in den Zellhüllen für das Metallbindungsvermögen verantwortlich sind, durch mechanische Zerstörung der Zellwände und enzymatische Reinigung nach Engelhardt et al., J. Bacteriol. 168 (1): 309 (1986),
    • (3) in abgetötete Zellen durch Zusatz von Zellgiften wie Natriumazid.
  • Die genannten unterschiedlichen Biokomponenten werden als wässrige Suspension mit wässrigen Nanosolen gemischt und entweder auf Trägern beschichtet oder durch Neutralisation ge liert, getrocknet und gemahlen. Der Anteil der trocknungsstabilen Zellprodukte beträgt 1–50 Gew.-% bezogen auf das trockene Biokomposit.
  • Zur Erhöhung der Porosität und damit verbesserten Reaktivität gegenüber Schwermetallionen können dem Nanosol wasserlösliche Zusätze wie organische Salze, Polyole, Polycarbonsäuren, Harnstoff-Derivate oder Kohlenhydrate zugesetzt werden.
  • Die genannten Zusätze werden bei der Anwendung der Biokomposite in wässrigen Lösungen allmählich ausgewaschen und erhöhen durch die damit zusätzlich geschaffenen Poren die Zugänglichkeit der Schwermetallionen zur immobilisierten Biokomponente. Der Anteil der Zusätze kann 5–50 Gew.-% bezogen auf das trockene Biokomposit betragen.
  • Das Verfahren zur Herstellung eines Biokompositmaterials ist somit durch folgende Schritte gekennzeichnet, vgl. o. a. Schema:
    • (1) Herstellung von alkoholischen SiO2-Nanosolen durch saure oder alkalische Hydrolyse von Tetraalkoxysilanen, ggf. modifiziert durch Cohydrolyse mit Metallalkoholaten oder -halogeniden, Tri- oder Dialkoxysilanen,
    • (2) ggf. Substitution des flüchtigen Alkohols durch Wasser im Nanosol durch Durchleiten eines inerten Gasstromes bei Temperaturen unter 20°C,
    • (3) homogenes Mischen des rein wässrigen anorganischen Nanosols mit einer wässrigen Dispersion der trocknungsstabilen Zellprodukte,
    • (4) Gelbildung durch Neutralisation, Erwärmen oder Fluorid-Zugabe und anschließende Zerkleinerung und Gefriertrocknung bzw. Lufttrocknung des Gels.
  • Zur Herstellung eines schichtförmigen Biokompositmaterials erfolgt nach dem homogenen Mischen des rein wässrigen anorganischen Nanosols mit einer wässrigen Dispersion der trocknungsstabilen Zellprodukte die Beschichtung einer Materialoberfläche, z. B. durch Tauchen, Sprühen, Begießen. Anschließend wird der gebildete Kompositfilm an der Luft oder bei moderaten Temperaturen getrocknet.
  • Das Verfahren liefert Biokompositmaterialien, die zur Biosorption von Schwermetallen geeignet sind und gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile aufweisen:
    • – hohes Biosorptionsvermögen gegenüber Schwermetallionen wie Uran, Kupfer (vgl. Beispiele),
    • – beliebig lange Lagerung der Biokomposite bei unterschiedlichen Trocknungsbedingungen und Luftfeuchten ohne Verlust der Bioaktivität,
    • – Gewährleistung einer hohen Reversibilität der Metalladsorption, da die Metallionen durch Waschen mit 0.5 M Citronensäure vollständig vom Biocer entfernt werden können,
    • – vielfältige Applikationsmöglichkeiten in Form von bulk-Produkt mit einstellbarer Korngröße sowie als gut haftende Beschichtung mit einstellbarer Schichtdicke.
  • Das erfindungsgemäße Biokompositmaterial kann darum z. B. vorteilhaft als Biofilter in der Umwelttechnik zur Entfernung von Schwermetallionen aus wässrigen Lösungen genutzt werden.
  • Die Erfindung besitzt insbesondere die folgenden Vorteile. Es ist möglich, die Sol-Gel-Immobilisierung von Zellprodukten zur Herstellung von Biofiltern zu nutzen, die z. B. der Entfernung von Schwermetallionen aus natürlichen Wässern bzw. Industrieabwässern dienen. Im Unterschied zur Einbettung lebender Zellen ist die Kompositbildung mit Zellprodukten technologisch einfacher handhabbar. Die Zellprodukte können ge zielt und reproduzierbar bereitgestellt und wie eine chemische Substanz verwendet werden. Die Filterwirkung des Kompositmaterials wird dadurch reproduzierbar einstellbar. Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei Verwendung von Sporen im Kompositmaterial, da Sporen, die beispielsweise aus Bakterien gebildet sind, einerseits im trockenen Zustand extrem langlebig und andererseits durch Feuchtezufuhr wieder reaktivierbar sind. Ein Filter mit dem erfindungsgemäßen Kompositmaterial ermöglicht somit eine selbstständige Aktivierung der Filterfunktion bei Beginn der Benutzung.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung der beigefügten Ausführungsbeispiele und Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
  • 1 eine Illustration der Metallbindungskapazität eines erfindungsgemäßen Kompositmaterials gegenüber Uran und Kupfer (100% entsprechen 2 mg Kupfer oder 7,5 mg Uran), und
  • 2 eine Illustration der Erhöhung der Reaktivität eines erfindungsgemäßen Kompositmaterials durch Gefriertrocknung des Biokomposites bzw. durch Zusatz von Sorbitol.
  • Ausführungsbeispiele
  • Herstellung des sauren wässrigen Nanosols B
  • 100 ml Tetraethoxysilan, 400 ml Ethanol und 200 ml 0.01 M Salzsäure werden 20 h bei Raumtemperatur gerührt. Es entsteht das saure Nanosol A (ca. 4.2% SiO2 in 70% Ethanol).
  • Zu 600 ml des so erhaltenen alkoholhaltigen Nanosols A werden unter Durchleiten eines starken Luftstromes 450 ml Wasser sukzessive zugesetzt und der Luftstrom solange durchgeleitet, bis ein Endvolumen von 600 ml erreicht ist. Man erhält ein bei Lagerung unter 5°C mehrere Tage stabiles rein wässriges SiO2-Nanosol B (Feststoffgehalt ca. 4.2% SiO2 in Wasser, pH = 3–4, mittl. Teilchendurchmesser ca. 6 nm).
  • Herstellung der Biokomposite
  • Wässrige Suspensionen von Sporen, S-Layer und abgetöteten Zellen von Bacillus sphaericus JG-A12, isoliert und kultiviert aus Uranbergwerksabwässern, werden in unterschiedlichen Konzentrationen mit dem Nanosol B unter mechanischen Rühren gemischt und nach Neutralisation mit 0.1 n Natronlauge durch Tauchbeschichtung (Ziehgeschwindigkeit 30 cm/min) Beschichtungen auf Glas hergestellt. Zur Herstellung von bulk-Produkten wird nach Gelierung des Sols das gebildete wässrige Gel 3 Tage bei 4°C gelagert, anschließend zerkleinert, gefriergetrocknet bzw. bei Raumtemperatur bis zur Gewichtskonstanz an der Luft getrocknet und klassiert auf eine Teilchengröße von 355–500 μm.
  • Biosorption der Schwermetallionen Uran und Kupfer
  • Die Untersuchungen wurden durchgeführt mit 200 mg der gesiebten Biokomposite, die folgende Konzentrationen enthalten:
    • (a) 17.23 mg (2.8 × 1010) Sporen
    • (b) 36.4 mg S-layers
    • (c) 36.4 mg (2.6 × 1010) abgetötete B. sphaericus Zellen.
  • Zur Bestimmung der Metallbindungskapazität wurden die Biokomposite mit 35 ml einer Lösung 0.9% NaClO4, pH 4.5 mit 9 × 10–4 M UO2(NO3)2 × 6H2O bzw. CuCl2 bei 30°C für 48 h. geschüttelt. Die verbleibende Metallionen-Konzentration in der Lösung wurde durch ICP-MS (Inductive coupled plasma mass spectroscopy) bestimmt. Die Ergebnisse sind in 1 dargestellt.
  • Man erkennt:
    • (1) Zell-Komposite besitzen die höchste Metallbindungskapazität.
    • (2) Die Bindungskapazität für Uran ist verglichen mit Kupfer beträchtlich größer, da aufgrund der natürlichen Herkunft der Biokomponenten deren spezifische Proteinstruktur vorrangig auf die Uran-Biosorption ausgerichtet ist.
    • (3) Die Biosorption wird durch die Erhöhung der Porosität der Matrix, z. B. durch Gefriertrocknung oder Zusatz von 20 Gew.-% Sorbitol (bezogen auf Oxidmatrix) beträchtlich beschleunigt, wie aus 2 ersichtlich ist.

Claims (13)

  1. Biokompositmaterial zur Biosorption von Uran und Kupfer, das ein anorganisches Gel und darin homogen verteilte, trocknungsstabile Zellprodukte enthält, wobei der Anteil der trocknungsstabilen Zellprodukte 0.1–50 Gew.-%, bezogen auf das trockene Biokomposit, beträgt und die trocknungsstabilen Zellprodukte von metallbindenden Mikroorganismen stammen und aus Sporen, Zellwand-Proteinen und/oder abgetöteten Zellen bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die trocknungsstabilen Zellprodukte aus lebenden Zellen hergestellt sind, die aus einer schwermetallhaltigen Umgebung isoliert und kultiviert werden.
  2. Biokompositmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die trocknungsstabilen Zellprodukte von einem B. sphaericus JG-A12 Mikroorganismus stammen.
  3. Biokompositmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das anorganische Gel Oxide von Elementen der II.–V. Haupt- und Nebengruppe des Periodensystems oder deren Gemische enthält.
  4. Biokompositmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das anorganische Gel durch Hydrolyseprodukte von Trialkoxysilanen und/oder Dialkoxysilanen modifiziert ist.
  5. Biokompositmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das zur Erhöhung der Porosität und Reaktivität gegenüber Schwermetallionen wasserlösliche Zusätze, insbesondere organische Salze, Polyole, Polycarbonsäuren, Harnstoff-Derivate oder Kohlenhydrate, enthält.
  6. Biokompositmaterial gemäß Anspruch 5, bei dem der Anteil der Zusätze 5–50 Gew.-% bezogen auf das trockene Biokomposit beträgt.
  7. Biokompositmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, das einer Gefriertrocknung unterworfen wurde.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Biokompositmaterials gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den folgenden Schritten: (1) Herstellung eines alkoholischen SiO2-Nanosols durch saure oder alkalische Hydrolyse von Tetraalkoxysilanen, (2) Substitution des Alkohols durch Wasser im Nanosol, (3) homogenes Mischen des rein wässrigen anorganischen Nanosols mit einer wässrigen Dispersion der trocknungsstabilen Zellprodukte, und (4) Gelbildung durch Schichtbildung, Neutralisation, Erwärmen und/oder Fluorid-Zugabe.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem bei Schritt (1) das SiO2-Nanosol durch Cohydrolyse mit Metallalkoholaten oder -halogeniden, Tri- oder Dialkoxysilanen, modifiziert wird.
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem bei Schritt (2) die Substitution des Alkohols durch Wasser im Nanosol durch Durchleiten eines inerten Gasstromes bei Temperaturen unter 20°C erfolgt.
  11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem bei Schritt (4) eine Beschichtung einer Materialoberfläche, insbesondere durch Tauchen, Sprühen oder Begießen, und eine Trocknung des gebildeten Kompositfilmes erfolgt.
  12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem nach Schritt (4) eine Zerkleinerung, eine Gefriertrocknung und/oder eine Lufttrocknung des Gels erfolgt.
  13. Verwendung eines Biokompositmaterials gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 als Biofilter in der Umwelttechnik zur Entfernung von Uran- und Kupferionen aus wässrigen Lösungen.
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