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Entwicklung eines elektrochemisch steuerbaren Sorptionsverfahrens mit magnetischen Nanokompositpartikeln zur Entfernung und Rückgewinnung von Gadolinium, Platin und deren Komplexverbindungen

20785 N

Durch eine immer bessere Spurenanalytik werden seit einigen Jahren vermehrt Pharmazeutika und deren Metabolite in Oberflächengewässern bzw. im Trinkwasser nachgewiesen. Diese Substanzen gelangen durch Produktionsprozesse (Spül- und Prozesswässer) oder durch Ausscheidungen der Patienten in den Wasserkreislauf. In den Kläranlagen erfolgt zwar eine starke Verdünnung, in Oberflächengewässern akkumulieren sich diese Stoffe jedoch, da sie schlecht abgebaut werden. Zytostatika und Magnetresonanztomographie-Kontrastmittel sind nicht nur schädlich für die Umwelt. Sie enthalten auch die Wertmetalle Gadolinium und Platin, die als organische Komplexe in den Pharmazeutika gebunden sind.

In diesem Forschungsvorhaben wurde die elektrochemische Abbaubarkeit von pharmazeutischen Substanzen in Abwässern untersucht. Als Beispielsubstanzen wurden MRT-Kontrastmittel auf Gd-Basis (Gadopentetat-Dimeglumin) und ein Zytostatikum auf Pt-Basis (Carboplatin) gewählt. Neben dem Abbau der organischen Komponenten sollten auch die Wertstoffe Gadolinium (Gd) und Platin (Pt) aus den Abwässern zurückgewonnen werden. Dazu wurde eine elektrochemische Zelle aufgebaut, die als Anode eine Bor-dotierte Diamantelektrode und als Kathode eine Glaskohlenstoffelektrode besitzt. Mit Hilfe statistischer Versuchsplanung wurden die optimalen Betriebsparameter für den Abbau der organischen Substanzen und die Gewinnung der Wertmetalle ermittelt. Bei Untersuchungen an künstlichen Abwässern zeigte sich, dass das Verfahren relativ robust gegenüber wechselnden Mischungen im Abwasser ist, wenn sich die Konzentrationen der Zielsubstanzen im Bereich von µg bis mg bewegen.

Mit den hier gewonnenen Erkenntnissen können nun auch andere Wertmetalle aus Abwässern zurückgewonnen werden. Durch den elektrochemischen Abbau der Schadstoffe können Deponie- bzw. Verbrennungskosten eingespart werden und es entsteht eine zusätzliche Wertschöpfung durch die Rückgewinnung der Wertmetalle. Je nach Ausführung ist das Verfahren flexibel skalierbar und kann auch mobil eingesetzt werden. 

 

Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 8/19 bis 4/22 am DECHEMA-Forschungsinstitut (Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main, Tel. 069-7564-337) unter der Leitung von Dr. C. Weidlich (Leiter der Forschungseinrichtung PD Dr. J. Z. Bloh) und der Fraunhofer-Gesellschaft e.V., Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcen-Strategien IWKS (Brentanostr. 2a, 63577 Alzenau, Tel.: 06023-32039-821) unter der Leitung von Michael Schneider (Leiter der Forschungseinrichtung Prof. Dr. R. Stauber).

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BMWk-Logo Das IGF-Vorhaben Nr. 20785 N der Forschungsvereinigung DECHEMA, Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
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