Reduktive Verfahren

Seit Anfang der 1990er Jahre metallisches Eisen als Reduktionsmittel auch für Umweltan-wendungen „wieder“entdeckt wurde, gelten durchströmte Reinigungswände als wirksame und kostengünstige Alternative zu Pump&Treat-Maßnahmen für die Sanierung kontaminierter Aquifere. Metallisches Eisen erwies sich als geeignet, halogenorganische Verbindungen effektiv zu zerstören. Nur knapp ein Jahrzehnt später gingen weltweit die Aktivitäten zur In-situ-Erzeugung reaktiver Barrieren durch injizierbare Suspensionen nanoskaliger Eisenpartikel (nano-Eisen) über. Nano-Eisen hat ein riesiges Potenzial für die Grundwasserreinigung, zeigt aber aufgrund bestimmter anderer Eigenschaften Limitierungen für die In-situ-Anwendung. Mit Carbo-Iron ®, einem am UFZ entwickelten kolloidalen Kompositmaterial aus Eisen und Aktivkohle, sollen diese Limitierungen gezielt überwunden werden.

Das Department Technische Umweltchemie des UFZ baut deshalb auch auf die katalytische Dehalogenierung mit Palladiumkatalysatoren , die auch die aromatischen Verbindungen zerstören kann. Allerdings steht bei diesen Katalysatoren einer extrem hohen Reaktivität eine geringe Standzeit unter Umweltbedingungen gegenüber. Aufgabe der Forschung im Bereich katalytische Wasserreinigung ist es, effiziente und kostengünstige Katalysatoren und Verfahren bereitzustellen, die an die Besonderheiten der Umwelt optimal angepasst sind.

Im Department verfolgen wir mehrere Wege, um dieses Ziel zu erreichen, die man mit folgenden Stichpunkten umreißen kann:

  • Erhöhung der Lebensdauer der Pd-Katalysatoren durch hydrophobe Schutzhüllen, die den Katalysator resistenter gegenüber Wasserinhaltsstoffe machen und die das Ausbluten von Palladium auch über lange Betriebszeiten vollständig verhindern.
  • Als Alternative zu den "sensiblen" Pd-Katalysatoren arbeiten wir auch an preiswerteren und robusteren Katalysatorsystemen zur Dehalogenierung, die auf Kupfer als Aktivkomponente basieren. Untersuchungen zu möglichen Schadstoffspektren und Abbauselektivitäten werden das Potenzial dieser Methode für die Wasserreinigung aufzeigen.
  • Für niedrig konzentrierte Zielschadstoffe setzen wir auf die gezielte Anreicherung von Schadstoffen durch Adsorption an Katalysatorträgern und chemische Umwandlung der Kontaminanten im adsorbierten Zustand.
  • Nanokatalystoren mit hohen Aktivitäten werden verwendet. Für die Rückholbarkeit nach "getaner Arbeit" werden sie mit magnetischen Eigenschaften ausgestattet. In Membranen eingebaut oder in Kombination mit anderen sorptionsaktiven Trägern lassen sich maßgeschneiderte Lösungen für verschiedene Probleme in der Wasserreinigung bereit stellen.
  • Für schwer zu reduzierende Schadstoffe, wie Perfluorierte Tenside, sehen wir in "Advanced Reduction Processes" (ARPs) mit solvatisierten Elektronen eine vielversprechende Methode.
  • Ein anderer Weg zur Verbesserung der Bedingungen für katalytische Reaktionen besteht in der Überführung von hochverdünnten flüchtigen Schadstoffe aus der "ungünstigen" Wasserphase in die "günstige" Gasphase. Viele organische Verbindungen werden beim Strippen in der Gasphase um mehrere Größenordnungen (auf Massenstrombasis) angereichert, wodurch eine Behandlung der beladenen Gasströme bei erhöhten Temperaturen (>100°C) ökonomisch vertretbar wird.