Wasserreinigung und Umweltkatalyse
Die Reinigung kontaminierter Grund- und Abwässer ist eine zentrale Aufgabe der Umwelttechnologie. Standortbedingungen, Kontaminationsprofil und Reinigungsziel bestimmen die genutzten Methoden, die von naturnahen, kostengünstigen Lowtech- bis zu aufwendigen Hightech-Verfahren reichen. Katalysatoren gehören nicht nur in der Industrie, sondern auch in der Umweltchemie zum unverzichtbaren Handwerkszeug, um chemische Reaktionen schnell und selektiv ablaufen zu lassen. Im Unterschied zu typischen Industrieprozessen werden in der Umwelt die Reaktionsbedingungen von der Natur vorgegebenen und sind für eine chemische Behandlung kontaminierter Wässer eher ungünstig:
- Die Erwärmung großer Wasserströme ist ökonomisch nicht vertretbar. Deshalb steht die Temperatur nicht als Parameter zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit zur Verfügung.
- Auch wenn man bei Wasser von "hochgradig verschmutzt" spricht, liegen die zu entfernenden Schadstoffe in hoher Verdünnung vor (d.h. µg/l bis mg/l).
- Das Stoffspektrum eines Schadensfalls ist meist komplex. Die Behandlungsmethode soll deshalb für verschiedene Substanzklassen gleichzeitig anwendbar sein.
- Das zu behandelnde Wasser enthält eine "Matrix" (z.B. Salze). Katalysatorgifte wie Sulfide oder Schwermetallionen können die katalytische Reaktion beeinträchtigen.
- Eine unvollständige chemische Umwandlung der Schadstoffe kann die Toxizität des Wassers erhöhen statt vermindern.
Die Anpassung von bekannten katalytischen Reaktionen und Katalysatoren an diese speziellen Bedingungen und Probleme stellt die eigentliche Herausforderung für die Entwicklung praxistauglicher katalytischer Verfahren dar und ist Schwerpunkt des Themenbereiches "Umweltkatalyse". Dabei setzt das Department auf
- die Kopplung von
Sorption und Reaktion
zur Schadstoffanreicherung durch Sorption und die chemische Zerstörung der adsorbierten Schadstoffe. Dabei nutzen wir:
- Reduktive Verfahren zur Zerstörung von Halogenkohlenwasserstoffen als auch auf
- Oxidative Verfahren von (vorrangig halogenfreien) organischen Wasserverunreinigungen.
- Nanopartikel stellen schließlich einen weiteren Schwerpunkt der Forschung des Departments dar, um hohe Reaktionsgeschwindigkeiten zu erreichen. Dieser Ansatz ist naturgemäß mit den anderen eng verwoben.