technologyComment of hydrogen peroxide production, product in 50% solution state (RER): The most common technique for the production of hydrogen peroxide is the autooxidation (AO) or anthraquinone process. In a first step, hydrogen peroxide is produced by reducing alkylanthraquinone with hydrogen in the presence of a catalyst to the hydrochinone. Then the catalyst is removed and the hydrochinone is oxidised – usually with air – back to the origin quinone and in the same time hydrogen peroxide is produced. The quinones can then be re-hydrolysed again. The whole reaction takes place in a working solution that consists of a mixture of various solvents (i.e. parts are aromatic solvents). The whole process is exothermic. In a second step, hydrogen peroxide is extracted from the working solution and concentrated. Both steps are included in this dataset.
Das Projekt "Sub project: Electron transfer reactions at iron mineral surfaces in the presence of organic sorbates" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften - Umweltmineralogie und Umweltchemie durchgeführt. Redox reactions at iron mineral surfaces play an important role in determining the overall biogeochemical milieu in anoxic groundwater systems. Previous studies have shown that oxidation of sorbed ferrous iron at mineral phases may cause remodelling of the mineralwater interphase and thus may affect electron transfer processes in anoxic aquifers. In the first funding period, we studied in detail how and at which conditions oxidation of ferrous iron at mineral surfaces affects electron transfer processes. Using carbon tetrachloride (CCl4) as model oxidant, we could further demonstrate, that the proposed reactive tracer approach, which is based on changes of the stable isotopic composition of model oxidants, could be successfully applied to characterize the surface reactivity and dynamics of surface bound Fe(II) species at iron(III)hydroxides. Up to date, process based studies on surface mediated transformation of redox active solutes in iron mineral systems have been conducted primarily in model systems devoid of natural organic matter. In natural systems, however, mineral surfaces are inevitably in contact with OM. Sorbed DOM is likely to affect heterogeneous electron transfer processes due to its interactions with iron both in aqueous solution and at the mineral surface. On one hand, DOM sorption at iron hydroxides may interfere with the formation of reactive Fe(II) surface sites. On the other hand, DOM contain redox active quinone moieties and may act as a mediator enhancing the electron-transfer across the mineral surface. In this follow-up project we propose to investigate the effects of various organic sorbates such as redox-inert organic acids as well as redox-active quinones, humic substances and DOM on electron transfer reactions at iron mineral surfaces. Furthermore, we will investigate the effects of sulfide as additional redox active natural component on DOM-iron interfacial redox processes.
Das Projekt "Sub project: A novel mechanism of electron transfer from microorganisms to insoluble iron phases" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Institut für Umweltmikrobiologie und Biotechnologie (UMB) durchgeführt. Microbial iron reduction is supposed to be an important respiration process in anoxic aquifers although only poorly investigated in molecular details. Until now, electron transfer from iron-reducing organisms to insoluble ferric oxide phases was explained by three types of electron shuttling: a direct contact between minerals and bacteria, electron transfer via organic redox active electron shuttles such as quinones which are produced and excreted by the microorganisms, and at last humic acids as redox active electron shuttles similar to quinones. In the current project we want to investigate a novel mechanism of electron shuttling by iron colloids. Iron colloids are often found in aquifers where iron reduction is supposed to be a major respiration process. They are highly reactive as compared to solid iron minerals such as ferrihydrite. It will be studied if colloids can serve as an electron acceptor for iron-reducing microorganisms and if they can shuttle the electrons further to ferrihydrite. Furthermore, we will investigate if the microbial reduction process leads to the generation of new iron colloids which would make the electron shuttling via colloids a self-sustaining process where the organisms do not have to invest energy in the production of the shuttle compound. The work on colloids will be supported by experiments to determine the redox potential of solid iron oxides by measuring the biomass growth yield of the organisms and the generated heat as a means for the thermodynamic energy gain.
Das Projekt "Pure and modified humic substances exert mild stress and affect Caenorhabditis elegans life-span" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin (Humboldt-Univ.), Institut für Biologie, Arbeitsgruppe Gewässerökologie durchgeführt. In Bodenlösungen stellen Huminstoffe (HS) den größten Anteil organischen Kohlenstoffs. Sie werden von Organismen aufgenommen und rufen oxidativen Stress und Stress-Abwehr-Reaktionen hervor. Mit dem Nematoden Caenorhabditis elegans konnten wir zeigen, dass ein solcher Stress in einigen, aber nicht allen Fällen zu einer Lebensverlängerung führte. Als effektive Strukturen werden Polyphenolen vermutet. In diesem Projekt soll C. elegans gegenüber steigenden Konzentrationen von natürlichen und gezielt modifizierten HS exponiert werden. Modifikationen: steigende Konzentrationen an Polyphenolen oder Chinonen; Testparameter: Lebensspanne, Nachkommenzahl, Körperlänge, Lipidgehalt, Regulation bestimmter Stress- und Uhren-Gene. Durch limitierte Futtergaben wird zusätzlich kalorische Restriktion getestet. Um gefundene Ergebnisse abzusichern, werden signifikant induzierte Gene über RNA-Interferenz ausgeschaltet oder es wird mit einschlägigen verfügbaren Mutanten gearbeitet. Für signifikant reprimierte Gene wird ein homologes Überexpressionssystem gewählt. Mit diesen Tieren werden die Expositionsszenarien wiederholt. Um eine mögliche Allgemeingültigkeit der Befunde an C. elegans herauszufinden, soll in einem tschechischen Parallelprojekt die Hefe Saccharomyces cerevisiae getestet werden.
Das Projekt "Teilprojekt: Molekulare Lebenssignaturen und Umwandlungen von organischem Material nahe des Temperaturlimits von Leben, IODP Exp. 370" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für marine Umweltwissenschaften durchgeführt. Exp. 370 diente der Erforschung des oberen Temperaturlimits der Tiefen Biosphäre vor dem Kap Muroto im Nankai Graben vor Japan. Dieser Standort ist charakterisiert durch einen extrem hohen Wärmefluss und sehr hohe Temperaturen, die an der Grenzfläche des Sediments zur Kruste bis zu 120 Grad C erreichen können. Dies entspricht der Maximaltemperatur bei der Leben bisher im Labor nachgewiesen wurde. Dieser Temperaturbereich umfasst ebenfalls den Bereich in dem Katagenese stattfindet, der thermische Zerfall von organischem Material zu flüssigen und flüchtigen Kohlenwasserstoffen. Es wird vermutet, dass dieses durch Katagenese gebildete labile und sauerstoffreiche oxidierte organische Material eine direkte Nahrungsquelle für die Mikrobengemeinschaften in diesen Sedimenten ist und somit eine direkte Kopplung der abiotischen und biotischen Zone darstellt. Die Hauptfragen in diesem Projekt sind: Welche und wieviele Mikroorganismen befinden sich in den Sedimenten nahe des Temperaturmaximums mikrobiellen Lebens? Bis in welche Tiefe, und können diese nachgewiesen werden? Wie ist mikrobielles Leben an diese extremen Bedingungen angepasst? Welche bioverfügbaren Verbindungen werden bei erhöhten Temperaturen aus dem organischen Material freigesetzt und inwieweit stellen diese eine Verknüpfung der tiefen Geo- und Biosphäre im Nankai Graben dar? Hierfür wird ein umfassender geochemischer Ansatz vorgeschlagen, der zum einen das Erstellen von Tiefenprofilen molekularer Lebenssignaturen vorsieht und zum anderen diese mit einer detaillierten Charakterisierung von löslichem und unlöslichem organischen Material (Kerogen) verknüpft. Diagnostische Biomoleküle wie z.B. intakte polare Membranlipide und Chinone werden hierbei mittels ultra-sensitiven massenspektrometrischen Methoden identifiziert und quantifiziert. Qualität und Bioverfügbarkeit des organischen Materials bei erhöhten Temperaturen soll mit einer Kombination aus Elementaranalyse und massenspektrometrischen, spektroskopischen und pyrolytischen Methoden untersucht werden. Zusätzlich wird die Bildung von potentiellen organische Substrate für die Mikrobengemeinschaften mittels wässriger Pyrolyse in Laborversuchen getestet. Diese Arbeiten stehen im direkten Bezug zu fundamentalen Fragen der Erforschung der Tiefen Biosphäre und versprechen wichtige Einblicke in Hinblick auf die Verteilung von tief versenktem Leben und der Faktoren welche dessen Ausbreitung limitiert.
Das Projekt "Charakterisierung der Grundwasser-Mikroflora ausgewaehlter Brunnen oder Quellen des Basismessnetzes in Baden-Wuerttemberg" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel, Institut für Allgemeine Mikrobiologie durchgeführt. Die Grundwasserlandschaften 2 und 19 des Basisnetzes (Quartaer im Oberrheingraben und Kristallin des Schwarzwaldes) sollen beprobt werden. Dabei sollen jeweils anthropogen unbeeinflusstes Grundwasser und ein durch einen Schadensfall belastetes Grundwasser-Oekosystem untersucht werden. Wasser- und Sedimentproben werden direkt auf Gesamtzahl, wenn moeglich Lebendzellzahl, Biomasse und Organismen-Diversitaet untersucht. Weiterhin werden durch verschiedene Methoden moeglichst viele Mikroorganismen in Kultur genommen und ueber mehrere Schritte bis zur Reinkultur isoliert. Die Charakterisierung der Organismen erfolgt nach morphologischen Merkmalen und mit Hilfe der Gram-Faerbung. Mittels chemotaxonomischer Methoden kann die Zugehoerigkeit der Organismen zu taxonomischen Gruppen (Gattung, evtl auch Art) geklaert werden. Ausserdem soll festgestellt werden, welche und wie viele Organismen auch unter anaeroben Bedingungen leben koennen. Aus Wasserproben von Grundwassermessstellen des Basismessnetzes wurden 625 Mikroorganismen als Reinkulturen isoliert. Die Staemme wurden morphologisch und nach Gram gefaerbt. Das Vorhandensein aktiver Katalase und Cytochromoxidase sowie anaerobes Wachstum mit Glucose wurden getestet. Ausserdem konnten 41 Prozent der Staemme (von 202) anaerob Nitrat zu Nitrit reduzieren. 53 Prozent der Staemme (von 222) waren in der Lage, wasserloesliche Staerke zu hydrolisieren: Aus der Stammsammlung (625 Staemme) wurden 246 Organismen zur weiteren Bestimmung ihrer Gattungszugehoerigkeit ausgewaehlt. Dazu wurden die Fettsaeuren, Phospholipide und Mykolsaeuren als chemotaxonomische Marker analysiert. Die Bestimmung der Chinone befindet sich in Vorbereitung.
Das Projekt "Toxikologie von Chinonen: Responsive Zellkulturen, Wirkmechanismen, Synergismen mit den gemeinsam in der Umwelt auftretenden polyaromatischen Kohlenwasserstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Institut für Toxikologie durchgeführt. Chinone von polyaromatischen Kohlenwasserstoffen (PAKS) sind weitverbreitet in der Umwelt. Von den wenigen untersuchten PAK-Chinonen sind einige sehr zytotoxisch, andere mutagen. Dass trotzdem nicht mehr Daten vorliegen, liegt hauptsaechlich am Fehlen von Reinsubstanzen und an einer Wirkung ueber Elektronentransfers, die andere Untersuchungsmethoden erfordern als die viel besser untersuchten reaktiven Elektrophile. Vor allem duerfte eine Aktivierung direkt in der Zielzelle des toxischen Effektes wesentlich sein. Im Verlaufe anderer Projekte haben wir Verfahren entdeckt, mit denen die PAK-Chinone darstellbar sind. Auch haben wir uns eingehend mit Mutagenitaetsuntersuchungen in kultivierten Zellen, die Fremdstoffe umsetzen, beschaeftigt. Es soll geprueft werden, ob mit diesen Zellen Chinone toxikologisch erfassbar werden. Andernfalls duerften in nuetzlicher Zeit geeignete Zellen zu finden sein.
Das Projekt "Wasserreinigung durch katalytische UV-Oxidation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Technische Chemie und Umweltchemie durchgeführt. Der photolytische Abbau von Mono- und Difluorphenolen wurde in Abhaengigkeit vom Oxidationsmittel und von der Temperatur untersucht. Der Einfluss der Position des Fluoratoms wird diskutiert. Wesentliche Zwischenprodukte sind hydroxylierte Aromaten bzw. Chinone, deren weiterer Abbau zu Acetat, Formiat, Fluorid und Kohlendioxid fuehrt. Die Umwandlung verlaeuft nach einer Reaktion erster Ordnung in Bezug auf das eingesetzte Fluorphenol. Ein Vorschlag fuer den Reaktionsweg der photochemischen Oxidation von Fluorphenolen wird gegeben. Die in der Literatur allgemein dargestellten Ergebnisse zur vollstaendigen Mineralisierung zu Kohlendioxid, Wasser und Halogenid koennen durch unsere Arbeiten nicht bestaetigt werden.
Das Projekt "Aluminium- und Magnesium-organische polymerbasierte Batterien (AMPERE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Organische Chemie durchgeführt. Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist die Entwicklung Aluminium- und Magnesium-organischer, polymerbasierter Batterien. Die Synthese redox-aktiver Polymere sowohl vom p- als auch vom n-Typ als Kathodenmaterialien ist geplant. Diese werden Phenothiazin bzw. Chinone als redox-aktive Einheiten enthalten. Aluminium- und Magnesium-basierte Elektrolyte sollen entwickelt werden, die kompatibel mit den organischen Redoxpolymeren sind und eine reversible Abscheidung bzw. Auflösung des Al/Mg auf der Anode ermöglichen. Die Redoxpolymere werden in Vollzellen gegen Aluminium und Magnesium als Anode getestet werden. Diese Zellen werden im Fall von p-Typ-Polymeren im 'Dual-Ion'-Modus und bei n-Typ-Polymeren im Kationen-'Rocking Chair'-Modus operieren. Mechanistische experimentelle und computergestützte Untersuchungen werden Einblicke in die Ionen-Insertionsprozesse der polymerbasierten Elektroden erlauben.
Das Projekt "Mechanismen der durch Antioxidantien und TCDD induzierbaren UDP-Glucuronosyltransferasen und deren Funktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Institut für Toxikologie durchgeführt. Phenolische Antioxidantien (zB BHA = butyliertes Hydroxyanisol und das daraus gebildete t-Butylhydrochinon) induzieren Enzyme des Fremdstoffmetabolismus, darunter UDP-Glucuronosyltransferasen (UGT), was zu einer Reduktion von Chinon/Chinol-Redoxzyklen mit der Bildung von reaktiven O2-Spezies fuehrt. Die Wirkung dieser Induktoren erfolgt ueber Antioxidantienresponsive Elemente (ARE). Im Projekt werden UGT-Isoformen von Ratte und Mensch studiert, die sowohl durch ARE-aehnliche Mechanismen als auch durch den Ah-Rezeptor (XRE-Mechanismus) kontrolliert werden. Als Modelle dienen Hepatozyten-Primaerkulturen und Hepatomzellen mit und ohne Ah-Rezeptor. Funktionelle Studien sollen die Rolle der Glucuronidbildung bei der Verhinderung von Chinon/Chinol-Redoxzyklen des Benzpyren charakterisieren. Die Aufklaerung der Regulation dieser Enzyme wird die Risikobewertung von biologisch aktiven Begleitstoffen der Nahrung (zB von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen = PAK) und von phenolischen Wirkstoffen in der Nahrung, zB von Phytoestrogenen verbessern.