Materialentwicklungen für die Wasserreinigung

Die Entwicklung von neuen Materialien zur Wasserreinigung stellt einen Schwerpunkt unserer Arbeiten dar. Dies beinhaltet Materialien für die Adsorption oder den Abbau von organischen Schadstoffen (Reagenzien und Katalysatoren) sowie für die Kombination beider Prozesse. Insbesondere für die Behandlung von Mikroverunreinigungen ist die Zerstörung nach vorheriger adsorptiver Anreicherung ein vielversprechender Ansatz.
Während für die Reinigung von Trinkwasser und Abwasser oft pelletierte Materialien in Festbettreaktoren eingesetzt werden sind mikro- oder nanoskalige Partikel insbesondere für die In-situ-Grundwasserreinigung interessant. Dabei werden Partikel-Suspensionen in den Grundwasserleiter eingespült, lagern sich dort auf dem Sediment ab und bilden eine reaktive Zone, die das durchströmende Grundwasser reinigt (Nanoremediation). Partikel für die in-situ Grundwasserreinigung müssen nicht nur hinsichtlich ihrer Effizienz für die Elimination der Schadstoffe sondern in Bezug auf ihre Suspensions- und Transporteigenschaften optimiert werden. Gleichzeitig werden an sie hohe Ansprüche hinsichtlich der Umweltverträglichkeit gestellt. Beispiele für Materialentwicklungen für die Nanoremediation aus unserem Department sind:


Carbo-Iron®

Carbo-Iron, ein Kompositmaterial aus kolloidaler Aktivkohle und 20-30 Ma% eingebautem Nanoeisen, wurde entwickelt, um die Schwachstellen des Nanoeisens zu überwinden. Dafür wurden zwei umweltfreundliche Stoffe (Kohlenstoff und Eisen) optimal miteinander kombiniert, so dass neue vorteilhafte Eigenschaften erzeugt wurden, wie verbesserte Mobilität im GW-Leiter, Anreicherung organischer Schadstoffe direkt im Partikel (Trap & Treat), Langzeitstabilität des Eisens bei Lagerung und im GW. Mit diesen Eigenschaften ist Carbo-Iron ein umweltfreundliches In-situ-Agens, das sowohl zur Quellen- als auch Fahnensanierung im GW hervorragend geeignet ist.

Trap-Ox® Fe-Zeolithe

Trap-Ox® Fe-Zeolithe sind Partikel, die für die In-situ-Adsorption (Trapping) und katalytische Oxidation in Verbindung mit Oxidationsmitteln wie Wasserstoffperoxid entwickelt wurden. Die mikroporösen mineralischen Adsorbenzien bilden stabile Suspensionen, die durch Injektion in kontaminierte Aquifere eingebracht werden können. Nach ihrer Ablagerung auf dem Sediment bilden sie eine Sorptionsbarriere und stoppen damit die weitere Ausbreitung von Schadstoffen. Diese Sorptionsbarriere kann durch Einspülung von H2O2 regeneriert werden, wobei Fe-Spezies im Zeolith als Fenton-artige Katalysatoren wirken.


Kolloidale Aktivkohle

Kolloidale Aktivkohle ist sozusagen "flüssige Aktivkohle". Als Suspension in den kontaminierten Aquifer eingebracht, ist kolloidale Aktivkohle in der Lage, effektive Sorptionsbarrieren zu generieren. Für diese Vorgehensweise wurde ein Patent (DE10314489) schon 2007 erteilt.

Oxidationskatalysatoren für die Abwasserreinigung

Feststoffkatalysatoren zur Oxidation von Schadstoffen in Wasser sollen reaktive Radikale (z.B. OH-Radikale) aus Oxidationsmitteln (z.B. H2O2) erzeugen und damit den Abbau eines weiten Spektrums an Schadstoffen ermöglichen. Dies erfolgt unter Umgebungsbedingungen ohne weiteren Energieeintrag und in einem weiten pH-Bereich. Wir entwickeln und optimieren Katalysatoren um Verbesserungen hinsichtlich Effizienz und Stabilität unter Umweltbedingungen zu erreichen oder eine Kombination mit anderen Verfahrensprinzipien zu ermöglichen. Zum Einsatz kommen z.B. nanoskalige Fe-haltige Minerale sowie Fe-beladene Zeolithe.

Katalysatoren zur reduktiven Wasserreinigung

Palladium ist ein sehr effizienter aber auch sensibler Katalysator, der unter milden Bedingungen in Wasser mit Wasserstoff oder Wasserstoffdonatoren Dehalogenierungsreaktionen ermöglichen kann. Als Alternative zum vergiftungsgefährdeten Palladium  hat sich das deutlich stabilere Kupfer in Kombination mit Borhydrid als Dehalogenierungskatalysator herausgestellt. Wir suchen nach geeigneten Methoden, die Katalysatoren für den Einsatz in der Umwelttechnik fit zu machen, Standzeiten und Selektivitäten zu  optimieren.