Fotokatalytischer Abbau von Schadstoffen

© Jennifer Neumann, University of Bremen

Der Gebrauch von Chemikalien ist Teil unseres Alltags. Ob bunte Plastikbehälter, Pflanzenschutzmittel oder Medikamente, eine Vielzahl von Chemikalien erleichtert uns das Leben und ist für unsere Gesellschaft unabdingbar. Dabei steht dem Nutzen oft eine mögliche Umweltgefährdung gegenüber. Eine Reihe von Chemikalien belasten mittlerweile unsere Gewässer und Böden. Allein mehr als 150 Arzneimittelwirkstoffe wurden kürzlich in Oberflächengewässer, Böden, Sedimenten und Grundwasser nachgewiesen. Trotz ihrer überwiegend geringen Konzentrationen von 0,1-1 µg/L gilt ihr Auftreten in der Umwelt aus ökotoxikologischer Sicht als problematisch.

Solche Chemikalien in der Umwelt stellen eine Gefahrenquelle dar, weil sie zum einen kontinuierlich in die Umwelt eingetragen werden und zum anderen biologisch aktive und sehr spezifisch wirkende Substanzen mit teilweise hoher Stabilität sind (Anreicherung in der Umwelt). So hat man unter anderem nachgewiesen, dass schon in geringen Konzentrationen Pflanzen und Algen durch Antibiotika in ihrem Wachstum gehemmt werden, dass das Schmerzmittel Diclofenac Leber und Nieren von Fischen schädigen kann und der Wirkstoff der Anti-Baby-Pille 17α-Ethinylestradiol zu drastischen Veränderungen im Fortpflanzungssystem männlicher Fische und Schnecken bis hin zur Fortpflanzungsunfähigkeit führt.

Um den Eintrag von Arzneimittelrückständen in die Umwelt zu vermeiden, müssen diese mit einem möglichst geringen technischen Aufwand (geringe Investitionskosten), niedrigen Betriebskosten und ohne Verwendung und Eintrag weiterer Chemikalien (umweltschonend und energieeffizient) aus Abwässern entfernt werden. Als eine vielversprechende Möglichkeit wurde hierzu das patentierte fotokatalytische Verfahren der prosys° GmbH, welches wir für eine Reihe von Bioziden und Arzneimitteln erprobt haben. Dieses Verfahren erfordert unter Verwendung eines speziellen, immobilisierten Farbstoffs (u. a. Silizium-Phthalocyanintetrasulfonat) nur den Einsatz von Licht und Luftsauerstoff ohne die Zugabe weiterer Chemikalien. Die Prozessführung erfolgt im Schlaufenreaktor - dort regt eingestrahltes Licht den immobilisierten Farbstoff an, der den Luftsauerstoff zu reaktiven Singulettsauerstoff umwandelt und schließlich zur Oxidation und damit zum Abbau von Chemikalien genutzt werden kann. Als Trägermaterialien wurden dafür polymere Substratkügelchen in Form von Anionenaustauscherharzen genutzt, an die der Fotokatalysator über seine negativ geladenen Sulfonatgruppen ionisch gebunden wurde. Dieses fotokatalytische Verfahren fand bisher u. a. erfolgreich Anwendung bei der Reinigung von Tributylzinn aus Abwasserteilströmen im Werftbereich, welches als Antifoulingmittel in Schiffsanstrichen verwendet wird.

In Zusammenarbeit mit der prosys° GmbH und Dr. Stephen Kroll (Advances Ceramics Group, Universität Bremen) beinhalten unsere Forschungsarbeiten folgende Schwerpunkte:

  • (Weiter-)Entwicklung von alternativen Trägermaterialien, die einen effizienteren fotochemischen Abbau und andere Reaktorgeometrien erlauben
  •  Identifikation von Abbauwegen von Schadstoffen
  •   Verständnis zu Oxidationsmechanismen von Singulett-Sauerstoff

 Kontakt: Stefan Stolte