Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Metalle für sauberes Wasser

05.03.2012
Katalysatoren aus zwei verschiedenen Metallen können helfen, schädliche Nitrate im Trinkwasser abzubauen. Durch Forschungen an der TU Wien kann dieser Prozess nun erstmals im Detail verstanden werden.

Nitrate sind ein ernstes Problem für unser Trinkwasser. Durch Überdüngung in der Landwirtschaft kann ihre Konzentration im Wasser auf ein gesundheitsgefährdendes Niveau ansteigen. Nitrate können die Krebsrate erhöhen oder tödliche Herzfehler bei Kindern auslösen („Blue Baby Syndrome“).


Zwei verschiedene Metalle sorgen für sauberes Wasser. F. Aigner / TU Wien

Am Institut für Materialchemie der TU Wien wird eine Möglichkeit erforscht, die schädlichen Substanzen einfach und rasch wieder aus dem Wasser zu entfernen: Durch spezielle Katalysatoren sollen die Nitrate in molekularen Stickstoff und Wasser umgewandelt werden. Wie dieser Ablauf genau vor sich geht, konnte nun in spektroskopischen Untersuchungen untersucht werden.

Zwei Metalle gegen Nitrat

In der Trinkwasseraufbereitung oder in der Abwasserklärung werden Nitrate heute hauptsächlich auf biologische Weise aus dem Wasser entfernt: Man verwendet Bakterien, die das Nitrat abbauen. Allerdings brauchen diese Bakterien konstante Umgebungsbedingungen um zuverlässig arbeiten zu können. Karin Föttinger vom Institut für Materialchemie untersucht ganz andere Methoden der Wasser-Denitrierung: Sie verwendet bimetallische Katalysatoren – Kombinationen aus einem edlen und einem unedlen Metall.
„In Spanien gibt es bereits erste Wasseraufbereitungsanlagen, in denen diese Methode in großem Maßstab angewandt wird“, sagt Karin Föttinger. Allerdings ist man bei dieser Technologie bis heute eher auf Versuch und Irrtum angewiesen, viele Details der beteiligten chemischen Reaktionen werden nämlich jetzt erst genau untersucht.

Nitrat abbauen, N2 und Wasser erzeugen

Die Metalle bringt man als Nanopartikel auf einen Träger auf, um die aktive Oberfläche möglichst groß werden zu lassen. Verwendet wird Kupfer und ein Edelmetall – entweder Palladium oder Platin. „Wichtig ist, dass die beiden Metalle in engen Kontakt gebracht werden“, erklärt Föttinger, „am besten in Form einer Legierung.“ Das Kupfer wird aufoxidiert – es holt sich Sauerstoffatome des Nitrats (NO3), das damit zu Nitrit (NO2) umgewandelt wird. Gleichzeitig wird molekularer Wasserstoff (H2) dazugeleitet, der vom Edelmetall aktiviert wird. Dadurch wird das Nitrit schließlich am Edelmetall weiterreduziert.
„Die einzelnen Teilprozesse müssen so abgestimmt werden, dass als Endprodukt Stickstoff und Wasser entsteht“, erklärt Karin Föttinger. Der Prozess darf nicht an einem Punkt stehenbleiben, an dem noch schädliches Nitrit vorhanden ist, er darf aber auch nicht so weit getrieben werden, dass sich der Stickstoff am Ende mit zu viel Wasserstoff verbindet und Ammonium (NH4) entsteht.

Röntgenstrahlen und Infrarot

Mit verschiedenen Methoden untersuchte das Team um Karin Föttinger und Marie Curie Stipendiatin Noelia Barrabes am Institut für Materialchemie, wie diese Reaktionen im Detail ablaufen: Mit einem Infrarot-Spektrometer wurde gemessen, welche Spezies von Stickstoffverbindungen an der Katalysatoroberfläche vorliegen. Um die Rolle des Kupfers zu untersuchen, führte das TU-Team hochauflösende Röntgenabsorptions-Messungen am Paul Scherrer Institut in der Schweiz durch. Wichtig ist, in welcher Form das Kupfer während des Prozesses vorliegt: Es kann als reines Kupfer (Cu), oxidiert (Cu2O oder CuO) oder als Legierung mit Platin oder Palladium vorkommen. „Wir konnten uns direkt unter Reaktionsbedingungen ansehen, in welchen Verbindungen das Kupfer zu den bestimmten Zeitpunkten während der Reaktion vorliegt, diese quantifizieren und mit der gleichzeitig mitgemessenen katalytischen Aktivität korrelieren“, berichtet Karin Föttinger. „Dadurch haben wir nun einen ersten Beweis, dass metallisches Kupfer tatsächlich die entscheidende Rolle für den ersten limitierenden Schritt bei diesem Katalyse-Prozess spielt.“

Durch diese Untersuchungen lässt sich nun auch erklären, warum Palladium einen besseren Erfolg bringt als Platin: „Das oxidierte Kupfer muss möglichst rasch und effizient wieder zum aktiven metallischen Zustand regeneriert werden. Im Palladium kann Wasserstoff auch im Inneren des Kristallgitters eingelagert sein“, sagt Karin Föttinger. „Dieses Hydrid kann dann helfen, Kupfer zu regenerieren.“ Wenn man die Katalyse-Prozesse im Detail versteht, können sich die Methoden weiter verbessern lassen – für eine einfache und sichere Aufbereitung von sauberem, gesunden Trinkwasser.

Nähere Information:
Dr. Karin Föttinger
Institut für Materialchemie
Technische Universität Wien
Getreidemarkt 9, 1060 Wien
T: +43-1-58801-165110
karin.foettinger@tuwien.ac.at

Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
+43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at

„Materials & Matter“ und „Energy & Environment“ sind – neben Computational Science & Engineering, Quantum Physics & Quantum Technologies sowie Information & Communication Technology – Forschungsschwerpunkte der Technischen Universität Wien. Forschung an neuartigen Materialien hilft dabei, Umweltprobleme zu lösen.

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at
http://blogs.rsc.org/cy/2012/01/27/hot-article-catalytic-clean-up/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Der überraschend schnelle Fall des Felix Baumgartner
14.12.2017 | Technische Universität München

nachricht Eine blühende Sternentstehungsregion
14.12.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik