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 Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt
17.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Vorhersagen bestätigt: Schwere Elemente bei Neutronensternverschmelzungen nachgewiesen
17.10.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

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: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

18.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben

18.10.2017 | Messenachrichten

»ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik