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Determination of halogenated flame retardants by GC-API-MS/MS and GC-EI-MS: a multi-compound multi-matrix method

Neugebauer, Frank; Dreyer, Annekatrin; Lohmann, Nina; Koschorreck, Jan Analytical and Bioanalytical Chemistry (2017); online 13. Dezember 2017 The extensive application of halogenated flame retardants has led to their widespread distribution in the environment. Recently, concerns emerged regarding their potential persistence, (bio)accumulation, and/or toxicity. Particularly halogenated flame retardants based on norbornene structures, like Dechlorane Plus as well as other brominated PBDE replacements, generically called emerging, novel , or alternative flame retardants, are in the focus of interest. A comprehensive analytical method for the determination of 21 halogenated flame retardants (HFRs) of different substance classes (dechloranes, brominated aromates, brominated ethers, cyclic BFR) in a broad variety of matrices (tree leaves, fish fillet, birds eggs, suspended particles) was developed in order to assess their environmental levels as well as temporal trends, especially for the use within environmental specimen banks (ESBs). In addition to the alternative HFRs, a set of 24 PBDEs were measured in the same samples, however using GC-EI-MS for detection. Samples were extracted using accelerated solvent extraction (ASE) with dichloromethane:hexane (exception: soxhlet extraction for suspended particles) followed by a multi column clean-up. Quantification was performed by API-GC-MS/MS as a modern, gentle, and sensitive technique for simultaneous detection of compounds throughout a wide range of masses and fragmentation characteristics (exception: PBDE detection using GC-EI-MS). With the exception of BDE 209, instrumental precisions of target compounds ranged from 1% to 16 % (at levels of 2 pg injection -1 for HFR, 20 pg injection -1 for DBDPE, 7-36 pg injection -1 for PBDEs). Interday precisions of the entire analytical method including extraction and clean-up were mostly below 25% for all validation matrices at spiked levels of 100 pg sample -1 for HFR (DBDPE: 1000 pg sample -1 ) and 1200–6000 pg sample -1 for PBDEs. The majority of analytes were investigated with expanded measurement uncertainties of less than 50%. doi: 10.1007/s00216-017-0784-x

Abscheidung von Hexan mit einem Biofilter bei einer Oelmuehle

Das Projekt "Abscheidung von Hexan mit einem Biofilter bei einer Oelmuehle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Brökelmann Ölmuehle durchgeführt. Bei der Gewinnung und Weiterverarbeitung von Speiseoel wird bei der Extraktion technisches Hexan eingesetzt und nach der Extraktion durch Verdampfen vom Rohspeiseoel und vom Extraktionsgut getrennt und wieder als Loesemittel eingesetzt. Die dabei anfallenden hexanhaltigen Abgase von ca 40 000 m3/h sollen erfasst und in einem Flachbett-Biofilter von ca 350 m2 Grundflaeche behandelt werden. Das Biofiltersystem hat ein befahrbares Luftverteilungssytem aus Betonfertigteilen, so dass ein einfacher Wechsel der Biomasse gewaehrleistet wird. Angestrebt wird eine Reingaskonzentration von 75 mg/ Hexan/m3.

Verteilung, Metabolismus und Wirkung von Schadstoffen in vitro und in vivo

Das Projekt "Verteilung, Metabolismus und Wirkung von Schadstoffen in vitro und in vivo" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, GmbH durchgeführt. Das Potential von n-Heptan, periphere Polyneuropathien zu verursachen, wurde durch den Vergleich mit dem bekannten Potential von n-Hexan abgeschätzt. Als Maß für die neurotoxische Wirkung der beiden Kohlenwasserstoffe wurde die Ausscheidung der neurotoxischen Metaboliten, der gamma-Diketone 2,5-Heptandion und 2,5-Hexandion, im Urin herangezogen. Letztere reflektiert die Belastung des Organismus mit diesen Metaboliten. Zur Untersuchung der Ausscheidung der gamma-Diketone im Urin nach Exposition gegen n-Heptan bzw. n-Hexan wurden freiwillige Probanden gegen konstante Konzentrationen dieser Kohlenwasserstoffe (100-500 ppm n-Heptan, 4 h; 100-300 ppm n-Hexan, 2-4 h) exponiert. Die Ausscheidung der gamma-Diketone im Urin korrelierte linear mit der Expositionsbelastung (Konzentration x Zeit). Es wurde deutlich weniger 2,5-Heptandion nach n-Heptanexposition als 2,5-Hexandion nach n-Hexanexposition im Urin ausgeschieden. Bei Expositionsbedingungen entsprechend den derzeitigen MAK-Werten 500 ppm für n-Heptan und 50 ppm für n-Hexan wird 4,4 mal weniger 2,5-Heptandion im Urin ausgeschieden als 2,5-Hexandion. Die neurotoxischen Potentiale der gamma-Diketone selbst sind abhängig von ihren Reaktionsgeschwindigkeiten mit primären Aminen zu Pyrrolen. Deshalb wurden diese Reaktionsgeschwindigkeiten mit einem photometrischen Test in vitro bestimmt und miteinander verglichen: Die Reaktionsgeschwindigkeit von 2,5-Heptandion mit dem als Reaktionspartner gewählten Amin N alpha-Acetyl-L-lysin war halb so groß wie die der Reaktion mit 2,5-Hexandion. Hieraus lässt sich für 2,5-Heptandion ein geringeres neurotoxisches Potential als für 2,5-Hexandion ableiten. Aus der vorliegenden Studie ergibt sich, für n-Heptan eine wesentlich geringere Potenz für periphere Neuropathien als für n-Hexan. Bei Expositionshöhen bis 300 ppm ist bei gleicher Expositionshöhe und -dauer das neurotoxische Risiko von n-Heptan mindestens 40mal kleiner als das von n-Hexan. Beim Einhalten der derzeitigen MAK-Werte von 500 ppm für n-Heptan und 50 ppm für n-Hexan liegt das n-Heptan-Risiko mehr als viermal unter dem von n-Hexan. Somit stellt n-Heptan ein geeignetes Ersatzmittel für n-Hexan dar, wenn das Risiko für periphere Neuropathien als Vergleichsparameter herangezogen wird.

Verbesserung des Stickstoffmanagements bei Sicherung der Ertragsleistung von Weizen in der Provinz Henan

Das Projekt "Verbesserung des Stickstoffmanagements bei Sicherung der Ertragsleistung von Weizen in der Provinz Henan" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Lehrstuhl für Pflanzenernährung durchgeführt. Optimierung der N-Düngung von Getreide in der Hochertragsregion der Provinz Henan, Kostenreduktion und Verminderung von Umweltemissionen aus der Düngung. Spezifische Ziele sind: (1) Entwicklung eines vereinfachten Ansatzes zur großflächigen Nmin-Untersuchung. (2) Anwendung neu entwickelter Sensortechnologien aus Deutschland zur Diagnose des N-Status der Pflanzen und Entwicklung von Düngungsalgorithmen für Weizen in den Hochertragsregionen der Provinz Henan. (3) Technologietransfer. Das Projekt weist ein großes ökonomisches Potenzial auf. Die neuen Technologien weisen sehr gute Chancen auf die wissenschaftliche und technologische Entwicklung in China und auch in Deutschland zu beschleunigen. Durch die Einsparung von 100-150 kg N ha können 160-240 Yuan RMB pro Hektare eingespart werden und wesentliche Umweltverbesserungen erreicht werden. Die optimierten Strategien und der Einsatz der Technologien erlaubt die Sicherung der hohen Erträge in der chinesischen Landwirtschaft. In der Henan Provinz finden sich 13 Millionen Haushalte, die einen großen Markt repräsentieren. Dieses Vorhaben ermöglicht es eine effiziente Plattform für eine langfristige Zusammenarbeit zu etablieren.

Teilprojekt 3: Toxikologische Bewertung von C4-C8 Alkane als Grundlage für die Ableitung von Innenraumluftrichtwerten

Das Projekt "Teilprojekt 3: Toxikologische Bewertung von C4-C8 Alkane als Grundlage für die Ableitung von Innenraumluftrichtwerten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungs- und Beratungsinstitut Gefahrstoffe GmbH (FoBiG) durchgeführt. Aufgabenbeschreibung: Der Mensch atmet pro Tag 10 bis 20 m3 Luft ein, was einer Masse von 12 bis 24 kg Luft pro Tag entspricht. Davon entfällt etwa 90 % auf die Innenraumluft. Damit kann kontaminierte Innenraumluft zu einer relevanten Aufnahme von Chemikalien führen. Es ist deswegen äußerst wichtig, die Vorkehrungen zu treffen, die eine gute Innenraumluftqualität sicherstellen. Für diesen Zweck setzt der Ausschuss für Innenraumrichtwerte (AIR) bundeseinheitliche, gesundheitsbezogene Richtwerte für die Innenraumluft fest. Der AIR hat bereits über 100 Stoffe in der Innenraumluft bewertet und für eine Vielzahl von Stoffen Richtwerte abgeleitet, die als Maßstab für die Bewertung der Innenraumluftqualität öffentlicher und privater Gebäude in Deutschland angewandt werden. Wegen der Entwicklung der Bautechnik, kultureller Veränderungen und neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse werden stets neue Stoffe in der Innenraumluft identifiziert. Die Liste der Stoffe für die eine toxikologische Bewertung dringend notwendig ist, wurde durch den Ausschuss für Innenraumrichtwerte im Jahr 2016 aktualisiert. Gemäß der Angaben der beteiligten Länder besteht ein akuter Bedarf nach Richtwerten für Pentan, Methylpentan, Hexan, Cyclohexan und Summenrichtwerten für C4-C8 Alkane. Ziel des Projekts ist die Bereitstellung eines geeigneten Stoffdossiers als Bewertungsgrundlage für Ableitung der Richtwerte durch den AIR.

CO2-Reinigung als als ökologisch günstige Verfahrenstechnik (ACCEPT)

Das Projekt "CO2-Reinigung als als ökologisch günstige Verfahrenstechnik (ACCEPT)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Chemische Fabrik Kreussler & Co. GmbH durchgeführt. Zur Reinigung von weichen Materialien, wie z. B. Textilien und Leder sowie für die Reinigung harter Oberflächen, wie z.B. medizinische Instrumente, Implantate, industrieller Teile werden gegenwärtig häufig organische Lösungsmittel eingesetzt. Diese fallen unter die VOC-Richtlinie und sind darüber hinaus z. T. halogeniert und stellen insbesondere deshalb für die Umwelt sowie für das Personal ein erhebliches Gefährdungspotential dar. Darüber hinaus können sowohl bei der Verwendung organischer als auch von wässrigen Reinigungsverfahren Rückstände auf dem Reinigungsgut verbleiben, die zu einer unakzeptablen Endqualität der Produkte führen. Das Forschungsprojekt ACCEPT untersuchte und optimierte Verfahren zur Reinigung auf der Basis von flüssigem und überkritischem Kohlendioxid (LCO2/ SCCO2) um eine Substitution konventioneller Reinigungsprozesse auf Lösungsmittelund Wasserbasis zu ermöglichen. Komprimiertes CO2 ist ökologisch völlig unbedenklich, in großem Maßstab ökonomisch günstig verfügbar, toxikologisch irrelevant und nicht brennbar. Es verfügt über interessante Lösungsmitteleigenschaften, die häufig mit Hexan verglichen werden und eignet sich daher als Ersatz für organische Lösemittel. Darüber hinaus weist komprimiertes CO2 eine intrinsische keimabtötende Wirkung auf, die zur Desinfektion eingesetzt werden kann. Während bei Projektbeginn eine Evaluierung des Stands verfügbarer LCO2-Reinigungsverfahren erfolgte, wurden durch nachfolgende Forschungsarbeiten neue LCO2 und SCCO2-Verfahren zur Reinigung von Textilien und industriellen Teilen mit verbesserten Reinigungswirkungen entwickelt. Die Reinigungswirkung bei Textilien konnte insbesondere durch Entwicklung neuer Detergenzien verbessert werden. Darüber hinaus wurde die Wirkung von Additiven und Clathraten auf die Reinigung von z.B. industriellen Teilen untersucht. Es konnten Verfahren entwickelt werden, die zur Präzisionsreinigung anspruchsvoller Teile geeignet sind. Ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten lag auf der Entwicklung von Aufbereitungsverfahren von Medizinprodukten. Unter Verwendung von LCO2 und SCCO2 konnten Verfahren entwickelt werden, die eine Desinfektion von Instrumenten bei Temperaturen unter 40 °C erlauben. Im Vergleich zu konventionellen chemischen Desinfektionsverfahren wurden gleichwertige oder sogar bessere Abtötungsraten gegenüber einer großen Vielzahl unterschiedlicher Mikroorganismen ermittelt, die auch in Gegenwart hoher organischer Belastung keine kritischen Beeinträchtigungen zeigten.

Modellierung des Wasserwaschsystems von Destillationssystemen in katalytischen Krackanlagen

Das Projekt "Modellierung des Wasserwaschsystems von Destillationssystemen in katalytischen Krackanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kaiserslautern, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik durchgeführt. The main goal of the present project was to provide a computer program for modelling of water washing systems of catalytic cracker overhead systems. A thermodynamic model was to be developed to describe phase equilibria in the interesting systems. A temperature range from about 25 to 120 degree C, and pressures up to 2 MPa were to be covered. The proper design of an FCC (fluid catalytic cracker) main fractionating column requires the knowledge of the solubility of hydrocarbons (e.g. methane, ethane, propane, butane), as well as weak electrolytes (e.g. gases like ammonia, hydrogen sulfide, carbon dioxide, hydrogen cyanide or weak acids like thiocyanic acid, acetic acid, formic acid) and strong electrolytes (e.g. hydrogen chloride) in two liquid phases (water and an organic solvent, which was assumed to be n-hexane). The work presented here is based on former experimental and theoretical work carried out at the Lehrstuhl fuer Technische Thermodynamik. For subsystems not considered before, a literature search on the solubility of the single gases as well as on the simultaneous solubility of ammonia and a sour gas in every single solvent was carried out. The model developed is able to predict vapor-liquid-liquid-equilibria in the multi-component system only in a lmited concentration range.

Ethanolrecycling und Naturwachsgewinnung fuer eine Anlage zur Herstellung von Schellack

Das Projekt "Ethanolrecycling und Naturwachsgewinnung fuer eine Anlage zur Herstellung von Schellack" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SSB Ströver Schellack Bremen durchgeführt. Mit diesem Vorhaben ergaenzt das Unternehmen seine bisherigen Produktionsfelder durch den Produktbereich der Aktivkohleaufbereitung, bestehend aus einer Wachsabtrennung und einer erweiterten Ethanolrueckgewinnung und einer Anlage zur thermischen Verwertung von Aktivkohle, durch die die bisher zu deponierenden Stoffe Naturwachs, Ethanol und Aktivkohle einer werkstofflichen bzw energetischen Verwertung zugefuehrt werden. Bei dem Verfahren wird das Ethanol in der Aktivkohle mit den abfiltrierten Verunreinigungen unter Vakuum verdampft, um anschliessend nach wiederholter Destillation wieder zum Loesen des Schellacks eingesetzt zu werden. Parallel wird mittels Extraktion, bei der Hexan als Waschmittel verwendet wird, das Wachs aus dem getrockneten Feststoff-Aktivkohle-Abfall herausgeloest. Anschliessend wird das Hexan aus dem Wachs-Hexan-Gemisch abdestilliert und einer erneuten Verwertung als Waschmittel zugefuehrt. Die von Wachs, Ethanol und Hexan gereinigte, aber noch mit Sand, Holz und Farbstoffen verunreinigte Aktivkohle wird anschliessend betriebsintern einer energetischen Verwertung zugefuehrt.

Flushing - Reinigen von organischen Lösungsmitteln aus Haufwerken und Filterkuchen

Das Projekt "Flushing - Reinigen von organischen Lösungsmitteln aus Haufwerken und Filterkuchen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik durchgeführt. Das Flushing ist eine Sonderform der Filterkuchenwäsche. Der Ausdruck Flushing wird dann verwendet, wenn es nicht darum geht in der Mutterflüssigkeit gelöste Verunreinigungen aus dem Filterkuchen zu entfernen, sondern die Mutterflüssigkeit komplett durch eine zweite chemisch unterschiedliche auszutauschen. Die häufigste Variante hierbei ist das Ersetzen eines organischen Lösungsmittels durch Wasser. Dies hat den primären prozesstechnischen Vorteil, dass eine sich anschließende thermische Trocknung ohne die Auflagen des Explosionsschutzes durchgeführt werden kann. Beispielprozesse, bei denen die Suspensionsflüssigkeit zwischen zwei organischen Flüssigkeiten oder von einer organischen hin zu Wasser gewechselt werden muss, können aus einer Vielzahl von Branchen genannt werden: - Suspensionspolymerisation von Polyethylen in bspw. Hexan - Flushing mit Wasser vor der Trocknung - Auswaschung von Rohöl aus Ölsanden mit Nafta (leicht siedende Kohlenwasserstoffe) - Feinchemie: Coating Synthese in Lösungsmittel (Pigmente) - Lebensmittelhilfsstoffe Extraktion und anschließende Kristallisation in Lösungsmitteln - Aufeinanderfolgende pharmazeutische Syntheseschritte /HPK05/ in unterschiedlichen Lösungsmitteln (z.B. Acetylsalicylsäure in Phenol) - Recycling - entfernen organischer schwerbeweglicher Verunreinigungen /AR95/ Solche Prozesse besitzen zurzeit weder eine experimentell noch eine theoretisch basierte Modellvorstellung, mit der eine verfahrenstechnische Auslegungsrechung möglich wäre. Das prinzipielle qualitative Verständnis des Prozesses des Lösungsmitteltausches, d.h. des Flushing, wird auf Basis von hier durchgeführten experimentellen Untersuchungen erarbeitet.

Verfahrensentwicklung zur Gesamtverwertung von Oelsaaten durch waessrige Extraktion von Oel und Protein am Beispiel Raps

Das Projekt "Verfahrensentwicklung zur Gesamtverwertung von Oelsaaten durch waessrige Extraktion von Oel und Protein am Beispiel Raps" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Lebensmitteltechnologie und Verpackung, Institut an der Technischen Universität München durchgeführt. Die Gewinnung von Oel, Proteinen und weiteren wertschoepfenden Fraktionen aus Oelsaaten setzt schonende, loesungsmittelfreie Entoelungsverfahren voraus. Der Einsatz von Wasser als physiologisch unbedenkliches Medium zur Oelgewinnung und Proteinextraktion wird als moeglicher Problemloesungsansatz untersucht. Konventionelle Extraktionsverfahren emittieren 2 kg Hexan pro Tonne Oelsaat und sowohl Extraktions- als auch Pressverfahren denaturieren die Proteine in der entoelten Saat. Durch eine waessrige Oelsaatextraktion koennen der Gehalt an ungewuenschten, antinutritiven Substanzen des Rapses in Proteinprodukten reduziert werden. Gegenstand der Untersuchungen ist die Auswahl und Kombination geeigneter Verfahrensschritte zur Saatkonditionierung, zum mechanischen und enzymatischen Zellaufschluss, zum Demulgieren von Oel-in-Wasser-Emulsionen und zur Produkttrocknung. An Hand der entstehenden Technikumsanlage sollen die neuen Produkte zur Bemusterung hergestellt werden und eine Bewertung von Oel, Proteinisolaten, Rohfasern und Zuckerfraktionen wird die Vorteile des Gesamtverwertungskonzepts verifizieren.

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