Persistent and mobile chemicals (PM chemicals) were searched for in surface waters by hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC) and supercritical fluid chromatography (SFC), both coupled to high resolution mass spectrometry (HRMS). A suspect screening was performed using a newly compiled list of 1310 potential PM chemicals to the data of 11 surface water samples from two river systems. In total, 64 compounds were identified by this approach. The overlap between HILIC- and SFC-HRMS was limited (31 compounds), confirming the complementarity of the two methods used. The identified PM candidates are characterized by a high polarity (median logD -0.4 at pH 7.5), a low molecular weight (median 187 g/mol), are mostly ionic (54 compounds) and contain a large number of heteroatoms (one per four carbons on average). Among the most frequently detected novel or yet scarcely investigated water contaminants were cyanoguanidine (11/11 samples), adamantan-1-amine (10/11), trifluoromethanesulfonate (9/11), 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate (10/11), and the inorganic anions hexafluorophosphate (11/11) and tetrafluoroborate (10/11). 31% of the identified suspects are mainly used in ionic liquids, a chemically diverse group of industrial chemicals with numerous applications that is so far rarely studied for their occurrence in the environment. Prioritization of the findings of PM candidates is hampered by the apparent lack of toxicity data. Hence, precautionary principles and minimization approaches should be applied for the risk assessment and risk management of these substances. The large share of novel water contaminants among these findings of the suspect screening indicates that the universe of PM chemicals present in the environment has so far only scarcely been explored. Dedicated analytical methods and screening lists appear essential to close the analytical gap for PM compounds. © 2021 Published by Elsevier Ltd.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung geeigneter ionischer Flüssigkeiten für die Al-Si Abscheidung und Erarbeitung geeigneter Recyclingkonzepte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IoLiTec - Ionic Liquid Technologies GmbH durchgeführt. CO2 entsteht sowohl in der Produktentstehungs- als auch während der Produktnutzungsphase. Daher müssen Technologien entwickelt werden, welche in beiden Phasen eine CO2-Reduzierung ermöglichen. Die sog. Verbundgusstechnologie, bei der ein Al-Gussbauteil bereits bei seiner Herstellung durch ein in die Gießform eingelegtes Stahlbauteil mittels Umgießen verstärkt wird und der Stahleinleger gleichzeitig als Fügeverbindungselement zum benachbarten Stahlbauteil fungiert, ist eine Technologie dieser Kategorie. Das Einsatzgebiet des Verbundgusses (VG) erstreckt sich vom Maschinenbau (z.B. Werkzeug für Variotherm) über den Fahrzeugbau (Karosserie- und Fahrwerksbauteile) bis hin zur Antriebstechnik (Gehäuse für Brennstoffzellen). In diesem Projektteilziel wird angestrebt, die Abscheidung von Aluminium-Silizium auf den Teststrukturen zu realisieren. Ohne passende ionische Flüssigkeiten und Elektrolyte ist dies allerdings nicht machbar. Daher hat sich die IoLiTec GmbH (ILT) als Ziel gesetzt, passende Elektrolyte auf Basis ionischer Flüssigkeiten zu entwickeln und erfolgreich zu produzieren, um eine sichere Abscheidung auf den Stahleinlegern für die Versuchsproben und Bauteilproben zu ermöglichen. Die Rahmenbedingungen werden hierbei von der benötigten Schichtmorphologie und der Abscheidungsprozessentwicklung der TU Ilmenau gegeben. Außerdem wird sich als Teilziel gesetzt, ein geeignetes Recyclingkonzept zu entwickeln und zu testen, um einen effizienten rohstoffarmen Kreislauf für den Beschichtungsprozess zu ermöglichen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Galvanische Abscheidung von Aluminiumlegierungen aus ionischen Flüssigkeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Ilmenau, Institut für Werkstofftechnik, Fachgebiet Elektrochemie und Galvanotechnik durchgeführt. Im Verbundprojekt CastCo wird die Technologie des Verbundgusses für die Umgießung von Stahlbauteilen mit Aluminium erforscht. In dem hier vorgeschlagenen Teilvorhaben wird die galvanische Beschichtung der Stahlsubstrate mit einer Aluminiumlegierung aus ionischen Flüssigkeiten grundlegend untersucht und für die spätere technische Anwendung ertüchtigt. Ein wichtiges Ziel im Teilvorheben ist es, einen Prozess zur galvanischen Abscheidung von haftfesten Aluminium-Siliziumschichten eingehend zu untersuchen und die erhaltenen Schichten hinsichtlich ihrer Prozess-Struktur-EigenschaftsBeziehungen zu charakterisieren. Angestrebt werden ein Siliziumanteil in der Schicht von 5 bis 10 at. % und eine Schichtdicke von 20 bis 30 µm. Vor allem Parameter in der Vorbehandlung der Stahleinleger und im Abscheideprozess spielen eine wichtige Rolle und sind für die Beschichtung von entscheidender Bedeutung. Neben Prozessen mit konstantem Strom oder Potential wird das Pulse Plating untersucht. Durch gezielte Erforschung des so aufgespannten Parameterfelds kann die Zusammensetzung der abgeschieden Schichten gesteuert werden, um feinkörnige und gut haftende Schichten zu erhalten. Für die Beschichtung von Substraten mit komplexen Geometrien werden optimale Prozessparameter ermittelt, so dass die Zusammensetzung und Dicke der abgeschiedenen Schicht konstant sind. Für den Elektrolyten wird eine optimale Kombination von guter Löslichkeit der Metallverbindungen, sowie Prozessfähigkeit und Kosten der ionischen Flüssigkeit angestrebt. Ein weiteres wichtiges Ziel in diesem Teilvorhaben ist die Erforschung von Konzepten für das Recycling des Elektrolyten.
Das Projekt "CASINO - Calcium-Schwefel: innovative Materialentwicklung für nachhaltigere Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IoLiTec - Ionic Liquid Technologies GmbH durchgeführt. Im Teilvorhaben von IOLITEC stehen zwei Aspekte im Fokus: Zum einen soll ein Screening ionischer Flüssigkeiten (IL) geeignete Elektrolyte für ein Ca-S-System zusammengestellt, synthetisiert, charakterisiert und den Partnern für weiterführende Tests zur Verfügung gestellt werden. Zum anderen sollen für den Aufbau dünner Ca-Folien durch galvanische Abscheidung IL identifiziert werden, die sich von den als Elektrolyt eingesetzten unterscheiden werden. Es werden Versuche zur galvanischen Abscheidung von IOLITEC durchgeführt und im Falle eines positiven Proof-of-Concepts optimiert, bis eine hinreichend dünne, hochwertige Ca-Schicht erzeugt und den Partnern für weiterführende Tests zur Verfügung gestellt werden konnte.
Das Projekt "ZiMaBat - Wiederaufladbare Zink-Mangan-Batterie mit pH-neutralem Elektrolyten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gaskatel Gesellschaft für Gassysteme durch Katalyse und Elektrochemie mbH durchgeführt. Ziel des Gesamtvorhabens ist es, eine wiederaufladbare Zink-Mangan-Batterie mit einem pH-neutralen Elektrolyten und korrosionsbeständigen Komponenten zu entwickeln. Im Zuge dessen sollen pH-abhängige Degradationsmessungen wie z.B. die Zinkauflösung durch Wasserstoffbildung, Dendritenbildung, Manganauflösung/-abscheidung sowie Korrosionsprozesse untersucht werden, um den pH-Wert für den Betrieb der Batterien zu optimieren. Im Teilvorhaben der Gaskatel GmbH soll die pH-Elektrode pHydrunio zu diesem Zwecke weiterentwickelt werden. Arbeitsziel ist eine miniaturisierte, an die Geometrie der verwendeten Testzellen angepasste schnell messende pH-Elektrode mit einem chloridionenfreien Innenelektrolyten. Für schnelle pH-Wert-Messungen muss das Ansprechverhalten der pH-Elektrode verbessert werden. Das ist durch Anpassungen des Diaphragmas sowie Veränderungen der Katalysatorschicht zu erreichen. Ein chloridionenfreier Innenelektrolyt kann auf verschiedene Möglichkeiten realisiert werden. Als Basiskomponenten werden Sulfate und Hydrogensulfate eingesetzt. Auch ionische Flüssigkeiten werden getestet. Für die Messungen in den Testzellen der Projektpartner müssen die beiden Einzelelektroden der pH-Einstabmesskette auf einer Äquipotentialfläche liegen, damit das Messsignal nicht durch Feldlinien gestört wird. Das erfordert eine Miniaturisierung bzw. ein Redesign der pH-Elektrode. Die im Rahmen dieses Projekts modifizierten pH-Elektroden wird Gaskatel vorab untersuchen. Dazu stehen zwei mehrkanalige Tischmultimeter von Keithley zur Verfügung. Eine Temperierung der Messungen ist möglich. Die im Rahmen dieses Projekts entwickelte pH-Elektrode soll von den Projektpartnern zum pH-Monitoring im Rahmen dieses Projektes verwendeten Elektrolyten verwendet werden.
Das Projekt "NaNaBatt - Nachhaltige Produktion von Natrium-Ionen-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IoLiTec - Ionic Liquid Technologies GmbH durchgeführt. Das Projekt NaNaBatt befasst sich mit der Steigerung der Effizienz und Nachhaltigkeit in der Produktion von NIBs mit Hilfe innovativer Prozessstrategien vom aktiven Material bis hin zum Zellaufbau. Auf Grundlage der umfangreichen Erfahrungen des Projektkonsortiums in der Produktion von LIBs werden die Prozessierung und Verarbeitbarkeit der Materialien untersucht und ein Transfer aus dem Labor in den Produktionsmaßstab unter Verwendung umweltfreundliche Prozessrouten zur Herstellung der Elektroden durchgeführt. In dem Teilvorhaben von IOLITEC sollen die hierfür benötigten Flüssigelektrolyte auf Basis von ionischen Flüssigkeiten entwickelt, synthetisiert und optimiert werden. Darüber hinaus soll eine Skalierung der vielversprechendsten Elektrolyte auf eine Produktionsmenge von 20 L erfolgen. Abschließend soll die Performance, Stabilität und Sicherheit der entwickelten Natrium-Ionen-Batterien evaluiert werden.
Das Projekt "CaSaBatt - Zelldesign und optimierte Elektrolyte für Calcium-Sauerstoff-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IoLiTec - Ionic Liquid Technologies GmbH durchgeführt. Das Hauptziel in dem hier beschriebenen Projekt ist es, erstmalig eine elektrisch wiederaufladbare CASB im Labormaßstab (Demonstrator) zu entwickeln. Das in CaSaBatt adressierte System ist potentiell sehr kostengünstig und für Groß-Energiespeicher-Anwendungen geeignet. Die Elektrolyte sollen durch Beteiligung des Industriepartners so ausgewählt werden, dass sie kostengünstig herstellbar und auch potentiell für das Upscaling in größerer Produktion geeignet sind. Dieses Projekt wird durch seinen grundlagenorientierten Charakter einen wesentlichen Beitrag zur vorwettbewerblichen Erforschung alternativer Energiesystem leisten. Die Ergebnisse werden eine Basis für die Entwicklung von wiederaufladbaren Batterien der nächsten Generation für den Consumer-Markt bzw. auch im Bereich günstiger Großenergiespeicher abbilden. Die im CaSaBatt-Vorhaben beschriebenen Arbeiten haben einen klaren, materialorientierten Schwerpunkt mit vorindustriellem und teilweise industriellem Forschungscharakter, bei dem neue, vielversprechende Ansätze für eine erste elektrisch wiederaufladbare CASB im Labormaßstab entwickelt werden. In dem Teilvorhaben von IOLITEC sollen die hierfür benötigten Flüssigelektrolyte für die Anoden- sowie die Kathodenseite auf Basis von ionischen Flüssigkeiten entwickelt, synthetisiert und optimiert werden. Darüber hinaus soll eine Bewertung der erreichten Fortschritte und eine Standortbestimmung im Vergleich zu anderen Post-Lithium-Ionen-Batteriesystemen erfolgen, um den Entwicklungsstand der CASB zum Ende des Projektes einzuordnen.
Das Projekt "Lillint II - Theoretische Untersuchung heterogener Li-Strukturen während der Galvanisierung und des Auflösens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Helmholtz-Institut Ulm durchgeführt. Das vorrangige Ziel der Arbeiten am HIU-KIT ist die Entwicklung eines besseren Verständnisses der Reaktionen an der Grenzfläche zwischen flüssigen Elektrolytsystemen basierend auf ionischen Flüssigkeiten (auch im Vergleich zu gemeinsam festgelegten Referenzsystemen) und Lithiummetall-Elektroden sowie deren Kinetik, um die entscheidenden Einflussfaktoren zu identifizieren, die die Ausbildung einer stabilen Grenzphase ermöglichen - und somit eine hohe Reversibilität der kontinuierlichen Lithium-Abscheidung und -Auflösung an der negativen Elektrode. Neben der Untersuchung und Entwicklung verschiedener Elektrolytsysteme basierend auf ionischen Flüssigkeiten und funktionalen Additiven beinhalten die Arbeiten auch die detaillierte Untersuchung frischer Lithium-Oberflächen (u.a. in Kooperation mit den Partnern in den USA und Deutschland) sowie den kontinuierlichen iterativen Austausch mit Partnern, deren Expertise in der Modellierung dieser Grenzflächen und der ablaufenden Reaktionen liegt, um die erhaltenen experimentellen Ergebnisse umfänglich zu verstehen und davon ausgehend neue Lösungsansätze zu entwickeln.
Das Projekt "Tieftemperatur-Umwandlungen von komplexen festen Präkursoren in ionischen Flüssigkeiten: Neue Verbindungen und Einsichten in Reaktionsprinzipien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Fachrichtung Chemie und Lebensmittelchemie, Professur für Anorganische Chemie 2 durchgeführt. Niedertemperatursynthesen anorganischer Materialien in ionischen Flüssigkeiten (ILs) führten in den letzten Jahren zu bemerkenswerten Ergebnissen. So konnten z. B. ein neues Germanium-Allotrop, ein supraleitendes Material auf der Basis von aromatischen Tellurringen sowie auch große Cluster und Heteropolykationen in ionischen Flüssigkeiten synthetisiert werden. Ein Projektziel ist die Suche nach neuen metastabilen bzw. Niedertemperaturverbindungen auf der Basis von Elementen der Gruppen 13 bis 16, von denen wir außergewöhnliche chemische und physikalische Eigenschaften erwarten. Um dieses zu erreichen, sollen komplex aufgebaute, heteropolare Vorläuferverbindungen unter milden Bedingungen in ionischen Flüssigkeiten so umgesetzt werden, dass Baugruppen als Ganzes herausgelöst werden, die dann in Lösung modifiziert und in neuen Verbindungen rekristallisiert werden können. Auf diese Weise können die typischen thermodynamischen und kinetischen Einschränkungen der Festkörperchemie überwunden werden. Alle Produkte sollen mit modernen Methoden vollständig charakterisiert werden. Da wenig über die Grundlagen dieser Chemie in ionischen Flüssigkeiten bekannt ist, werden wir auch verschiedene Parameter untersuchen, die Einfluss auf die Löslichkeit, Reaktivität und das Kristallisationsverhalten ausüben. Neben Temperatur, Konzentration und der Lewis-Säurestärke soll insbesondere der Einfluss der ionischen Flüssigkeit untersucht werden, indem gezielt synthetisierte ILs eingesetzt werden. Diese sollen es ermöglichen, die Synthesevorschriften zu optimieren und die Luft- und Feuchtigkeitsempfindlichkeit des Reaktionsmediums zu reduzieren. Mittels zeitaufgelöster NMR-Spektroskopie wird der Reaktionsfortschritt in der IL (Lösungs-NMR) ebenso wie der Beginn der Strukturbildung (Festkörper-NMR) verfolgt werden.
Das Projekt "Energieeffiziente Chemie: Niedertemperaturmaterialsynthese in Ionischen Flüssigkeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Fachrichtung Chemie und Lebensmittelchemie, Professur für Anorganische Chemie 2 durchgeführt. Ionische Flüssigkeiten sind Salze, die unterhalb 100 Grad C flüssig sind und als unkonventionelle Lösungsmittel eingesetzt werden. Da sie keinen messbaren Dampfdruck besitzen, gelten sie als umweltfreundlich. Ihr hochpolarer Charakter wird genutzt, um Niedertemperatursynthesen für anorganische Materialien zu entwickeln, die energieaufwendige Hochtemperaturprozesse ersetzen sollen.
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