Charakterisierung der Sorption nicht-ionischer organischer Verbindungen an kohlenstoff-basierenden Nanomaterialien

• Antragsteller: Professor Dr. Torsten Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 215412159

Die Interaktion von Kohlenstoffnanomaterialien (CNM) mit organischen und anorganischen Verbindungen wird von vielen Forschern untersucht, da CNM über starke Sorptionseigenschaften verfügen. Obwohl bereits viele Untersuchungen mit unterschiedlichen organischen Verbindungen oder Materialien in Batchversuchen durchgeführt wurden, fehlte lange ein generelles Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen der Sorption. In der ersten Projektphase konnte hier bedeutende Arbeit für Kohlenstoffnanoröhren geleistet werden. Die erstellten Modelle liefern Informationen über die relevanten Mechanismen, gelten allerdings nur bei einer Art von Umweltbedingungen (pH, Ionenstärke, Temperatur) und sind nicht auf andere Bedingungen übertragbar. Da in der Literatur der Einfluss dieser Parameter auf die Sorption auch nur für einige wenige Verbindungen und Materialien untersucht wurde, fehlt bisher ein generelles Prozessverständnis. Nachteile der bisher in der Literatur und der ersten Projektphase genutzten Methodik der Batchversuche waren dabei, dass die Zeiten zur Gleichgewichtseinstellung sehr lang sowie die Sorbensmengen limitiert waren und daher die Untersuchung der Variation in den Umweltbedingungen oder der Materialeigenschaften nur eingeschränkt möglich war. In dem hier beantragten Folgeprojekt sollen daher die mechanistischen Untersuchungen zur Sorption fortgesetzt und der Fokus nun auf die Variabilität der Sorption für unterschiedliche CNM und auf den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Sorption verschoben werden. Zu diesem Zweck soll eine Säulenmethode entwickelt werden, die den klassischen Ansatz der Sorptionsunter-suchung in Batchversuchen ablösen kann und somit die schnelle Variation von Umweltparametern bei geringerem zeitlichen Aufwand ermöglicht. Mit validierten Säulen wird dabei zunächst untersucht, wie vergleichbare Resultate mit Batchversuchen erhalten werden können. Nach der Etablierung der Methodik werden möglichst unterschiedliche Sorbate als chemische Sonden zur Charakterisierung der verschiedenen Sorbentien genutzt. Die Sorptionsuntersuchungen werden bei unterschiedlichen Umweltbedingungen durchgeführt, um den Einfluss dieser Parameter auf die Sorption an CNM einschätzen zu können. Mit den Ergebnissen der Messungen sollen dann bestehende Modelle ergänzt oder neue Modelle entwickelt werden, die es erlauben, die Sorption von organischen Verbindungen an CNM für unterschiedliche Umweltparameter vorhersagen zu können. Basierend auf dem entwickelten Prozessverständnis soll exemplarisch als Anwendung in der analytischen Chemie die Trennleistung von Säulen gepackt mit CNM im Vergleich zu einer klassischen C18-Phase untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Thilo Hofmann, Ph.D.; Dr. Thorsten Hüffer; Dr.-Ing. Hannes Richter