ElektroDeHalo – Adsorption und Elektrochemischer Abbau von halogenierten Schadstoffen

Bild Forschungsprojekt

Halogenierte organische Verbindungen finden vom Einsatz als Emulgatoren und Flammschutzmittel in der chemischen Industrie bis zum Pestizid in der Landwirtschaft eine breite Anwendung. Dabei gelangen diese Stoffe in die Umwelt und können sogar im Grundwasser nachgewiesen werden. Konventionelle Kläranlagen sind nicht in der Lage, diese Chemikalien zu entfernen, und die Verbindungen reichern sich in der Umwelt an (Bioakkumulation).

Zu diesen persistenten organischen Schadstoffen (engl. persistent organic pollutants, POPs) zählen beispielsweise perfluorierte Tenside (PFT), Röntgenkontrastmittel, Pflanzenschutzmittel und Desinfektionsmittel. Die Langzeitauswirkungen auf die Umwelt und den Menschen sind bislang wenig erforscht, es wird jedoch eine gesundheitsschädigende und sogar krebserregende Wirkung der Substanzen vermutet.

Zur Entfernung der Schadstoffe aus belasteten Wässern werden aktuell Verfahren angewendet, die auf der Adsorption der Stoffe an Aktivkohle basieren. Ist die maximale Beladung der Aktivkohle erreicht, muss sie ausgetauscht werden und das kontaminierte Material wird verbrannt. Alternativ dazu können Abwässer auch elektrochemisch gereinigt werden, indem beispielsweise mit Hilfe von bordotierten Diamantelektroden (BDD) oxidative Spezies erzeugt werden, die die Schadstoffe abbauen. Durch die geringen Schadstoffkonzentrationen und meist schlechten elektrischen Leitfähigkeiten der Abwässer sind diese Prozesse energieintensiv.

Ziel des IGF-Projekts »ElektroDeHalo«, das von der Arbeitsgruppe Elektrochemie des DECHEMA-Forschungsinstituts (DFI) in Kooperation mit der RWTH Aachen bearbeitet wird, ist die Entwicklung eines effizienten, zweistufigen Wasseraufbereitungsprozesses, der die Vorteile der etablierten Methoden kombiniert. Im ersten Schritt sollen die Schadstoffe an einer porösen Elektrode auf Kohlenstoffnanoröhrenbasis polarisiert adsorbiert und so aus dem Wasser entfernt werden. Der zweite Schritt dient der Regeneration des Adsorbermaterials, indem die aufkonzentrierten Schadstoffe elektrochemisch abgebaut werden. Bei dieser Betriebsweise dient der Adsorber als Gasdiffusionselektrode (GDE) und ermöglicht die Umsetzung von Luftsauerstoff zu Wasserstoffperoxid. Parallel dazu werden an einer BDD-Elektrode Ozon und OH-Radikale erzeugt, die den Schadstoffabbau beschleunigen. Die simultane Erzeugung oxidativer Spezies an beiden Elektroden führt zu einer Steigerung der Effizienz des Prozesses.

Im Rahmen des Projekts wird am DFI das Röntgenkontrastmittel Natriumdiatrizoat bereits in einer Laborversuchsanlage an borditierten Diamantelektroden erfolgreich abgebaut. Dabei wird mit einer umfassenden Analytik überwacht, ob der Abbau vollständig verläuft und untersucht, ob bedenkliche Zwischenprodukte entstehen. An der RWTH werden die Gasdiffusionselektroden entwickelt und für den Abbauprozess optimiert. Die bordotierten Diamantelektroden und Gasdiffusionselektroden sollen in einem Demonstrator vereint werden, um die Adsorption und Aufkonzentrierung der Schadstoffe und deren effektiven Abbau an beiden Elektroden zu realisieren.

Robin Kupec

zum Inhaltsverzeichnis
Download & Print-Ausgabe

Laden Sie das vollständigeDFI-Magazin 2020 als PDF herunter

 Bestellen Sie Ihr persönliches DFI-Magazin per Post

 

 

Aktuelle Kurse

Zuse-Mitgliedschaft

Jetzt Stifter werden