Abb. 2. Synergetische Prozessintensivierung durch ultraschall-assistierte Photokatalyse am Beispiel des Abbaus von Naproxen. Die wachsende Herausforderung persistente Spurenstoffe aus aquatischen Systemen zu entfernen, erfordert die Entwicklung und Intensivierung von nachhaltigen Wasserbehandlungsverfahren. Im Gegensatz zu den etablierten Methoden der Aktivkohlesorption, bieten Advanced Oxidation Processes (AOP) eine Lösung ohne Verschleppung des Schadstoffproblems an, indem organische Spurenstoffe durch intermediär erzeugte ROS (reactive oxygen species) mineralisiert werden können. Die ultraschall-assistierte Photokatalyse stellt diesbezüglich ein effektives Kombinationsverfahren dar. Durch die Nutzung von ultraschall-induzierten mechanischen Kavitationseffekten (Microjets, Schockwellen) lässt sich die Photokatalyse synergetisch intensivieren und ökonomisch optimieren. Die Kavitation beschreibt dabei die Bildung, das Wachstum und den Kollaps wasserdampfgefüllter Mikroblasen. Mit Hilfe dieses Phänomens und der resultierenden Effekte wird die Massetransportlimitierung der Photokatalyse adressiert und so die Abbaueffektivität gesteigert. Besonders für verfahrenstechnische Anwendungen in kontinuierlichen Prozessen mit immobilisierten Katalysatoren lassen sich starke Synergieeffekte erzielen, welche die Vorteile von Kombinationsverfahren gegenüber Ultraschall-assistierte Photokatalyse: Synergetische Prozessintensivierung Einzelverfahren bestätigen. Innerhalb eines Drittmittel-Projektes konnte eine halbtechnische Pilotierung mit immobilisierten TiO2-Katalysatoren erfolgreich realisiert werden. Durch den Einsatz des Ultraschalls wurde eine Energieeinsparung von über 90% bei gleichzeitiger Synergie von 461% erzielt [2]. [2] „SoPhoKat“ - Entwicklung eines reaktorbasierten sonophotokatalytischen en-bloc-Verfahrens zur Wasserdekontamination und -desinfektion. Förderkennzeichen ZF4050706RH8 (2021). Mikroplastik Mikroplastik ist mittlerweile ubiquitär nachgewiesen. Obschon seine Quellen identifiziert und potentielle Auswirkungen auf die Umwelt aktuell untersucht werden, verbleibt das Langzeitverhalten der Partikel noch weitgehend ungeklärt. An die Oberfläche können sich Schadstoffe aus der umgebenden Wassersäule in stark erhöhter Konzentration anlagern und so zu toxischen Auswirkungen auf Biota führen. Da die Mikroplastikoberfläche in der Umwelt stetig Prozessen wie UV-Strahlung, Hydrolyse und/oder biologischem Abbau ausgesetzt ist, führen diese über die Zeit zu einer Oberflächenmodifikation und können die Sorptionseigenschaften deutlich verändern. Das Verständnis dieser Prozesse wird im Arbeitskreis weiter vorangetrieben. Mit Hilfe eines Alterungsreaktors können im Labor beschleunigte Abbauprozesse induziert und charakterisiert werden. So konnte u.a. gezeigt werden, dass eine photochemische Alterung zu einer Hydrophilierung der Oberfläche und somit zu einer verminderten Sorptionskapazität für meist hydrophobe Schadstoffe führt. Eine rein mechanische Behandlung führt zu einer verstärkten Aufnahme von hydrophoben Schadstoffen in Folge einer Oberflächenvergrößerung durch Rissbildung und Partikelverkleinerung. Über Kombinationsprozesse und Langzeitversuche, können ablaufende Umweltprozesse im Labor nachgebildet und verstanden werden [3]. [3] Vockenberg, T., Wichard, Th., Überschaar, N., Franke, M., Stelter, M., Bräutigam, P. (2020): The sorption behaviour of amine micropollutants on polyethylene microplastics – impact of aging and interactions with green seaweed. Environ. Sci.: Processes Impacts, DOI: 10.1039/d0em00119h Abb. 3. Sorption von Diphenylamin an unterschiedlich gealtertem PE-Mikroplastik FORSCHUNG — 107
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