Das Projekt "Entwicklung eines elektrochemisch-mikrobiologischen Verfahrens zur Eliminierung von Arzneimittelrückständen bei der Abwasserbehandlung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Projektziel Der steigende Verbrauch von Human- und Tier-Arzneimitteln führt zu einer wachsenden Belastung sanitärer Abwässer durch Arzneimittel-Rückstände Da Arzneimittel in kommunalen Klärwerken nicht vollständig abgebaut werden, ist eine zusätzliche chemische oder physikalische Abwasserbehandlung notwendig. Verschiedene Methoden der Abwasserbehandlung wurden in den letzten Jahren untersucht. Eine Alternative zur Chlorung stellt die elektrochemische Abwasserbehandlung mit bordotierten Diamant-Elektroden (BDD) dar. Vielversprechend ist auch der Einsatz. von Aktivkohle zur Adsorption der Arzneimittelrückstände. In diesem Projekt wurde ein zweistufiger Prozess entwickelt, der diese Methoden kombiniert. Im ersten Schritt werden die Arzneimittelrückstände an Aktivkohle adsorbiert und dadurch aufkonzentriert. Im zweiten Schritt wird die Aktivkohle durch elektrochemische Polarisation regeneriert, wodurch die Arzneimittel desorbiert werden. An einer BDD-Elektrode werden die Substanzen dann abgebaut. Die Vorteile in diesem zweistufigen Prozess sind höhere Abbau-Raten der Arzneimittelrückstände und die Regenerierung der Aktivkohle. Eine technische Zelle, die Adsorption und elektrochemische Regenerierung verbindet, wurde entwickelt. Ergebnisse: Die Arzneimittel Ibuprofen, Carbamazepin, Sulfamethoxazol, Diclofenac und Diatrizoat wurden als Leitsubstanzen stellvertretend für ihre Substanzklassen ausgewählt. Carbamazepin, Sulfamethoxazol und Diatrizoat sind biologisch nicht abbaubar, Diclofenac ist nur teilweise abbaubar. Das gut abbaubare Ibuprofen dient hier als Referenz-Substanz. Alle fünf Substanzen sind durch HPLC- und UV/Vis-Analytik nachweisbar und können mit beiden Methoden quantifiziert werden. Zu Beginn wurde das elektrochemische Verhalten der Arzneimittel untersucht und elektrochemische Parameter bestimmt. Anhand von cyclovoltammetrischen Messungen konnte vorab gezeigt werden, dass die Substanzen an verschiedenen Elektrodenmaterialien (platiniertem Titan, Glaskohlenstoff und BDD) elektrochemisch aktiv sind. Abbau und Produktbildung konnte bei allen Substanzen spektroelektrochemisch gezeigt werden. Der Abbau findet bei positiven Potentialen statt, wobei die Höhe des Potentials einen Einfluss auf die Abbauwege hat. Am Beispiel von Carbamazepin konnte je nach anliegendem Potential Produktbildung oder Mineralisierung beobachtet werden. Das Röntgenkontrastmittel Diatrizoat wird sowohl bei positivem, als auch bei negativem Potential umgesetzt. Verschiedene Elektrodenmaterialien wurden verwendet. Bei schwer abbaubaren Substanzen wird deutlich, dass BDD-Elektroden für einen schnellen und vollständigen Abbau unverzichtbar sind. Das iodierte Röntgenkontrastmittel Diatrizoat weist einen interessanten Abbau-Mechanismus auf, der eingehend mit verschiedenen Methoden untersucht wurde. Es wurde festgestellt, dass an diesem Molekül eine reduktive Abspaltung der Iod-Atome stattfindet. Diese Deiodierung erfolgt stufenweise. (Text gekürzt)
Das Projekt "Synthese, Charakterisierung und Einsatz von neuen stationären Phasen für die potentialkontrollierte Flüssigchromatografie in der weißen Biotechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Im Rahmen dieses Projektes soll durch die Zusammenarbeit zwischen Biotechnologen, Ingenieuren und (Elektro-) chemikern in komplementär ausgerichteten Forschungsstellen neue (bio-) elektrochemische Verfahren zur Aufreinigung von Wertstoffen aus Fermentationslösungen entwickelt und eingesetzt werden. Vorarbeiten haben das Anwendungspotential der potentialkontrollierten Flüssigchromatografie (PKFC) an nicht-modifiziertem Glaskohlenstoff gezeigt. Um mit den klassischen technischen Verfahren konkurrieren zu können, sollen weitere konduktive, stationäre Phasen für die PKFC synthetisiert, charakterisiert und am Beispiel der Bernstein- und Milchsäureproduktion evaluiert werden. Um bei dieser Neuentwicklung die Trenneffizienz und Kapazität zu verbessern, sollen konduktive Matrices mit anderen leitfähigen (derivatisierten) Materialien kombiniert werden. Zusammen mit unseren Projektpartnern der TU München und des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) sollen für ein tieferes Verständnis und eine effektive Optimierung, die Vorgänge der potentialkontrollierten Ad- und Desorption von der molekularen Ebene bis hin zu kompletten Chromatografiesäulen untersucht und durch geeignete Modellvorstellungen beschreiben werden.