Die Behandlung von belastetem Wasser vor dem Einleiten in Oberflächengewässer ist eine der global vordringlichsten Herausforderungen der Zukunft. Bestehende Verfahren zur Wasser- und Abwasseraufbereitung können durch geeignete nanotechnische Anwendungen optimiert werden, die zu einer gezielteren Entfernung von Kontaminationen, besseren Energieeffizienz und geringeren Kosten führen können. Experten prognostizieren, dass der Wassersektor neben dem Energiesektor mittel- bis langfristig mit am stärksten von innovativen Anwendungen der Nanotechnik profitieren könnte. Neben dem Nutzen der Verwendung von Nanomaterialien zur Wasserbehandlung ist auch zu berücksichtigen, dass Nanomaterialien unbeabsichtigte Wirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit hervorrufen können. Bei der Verwendung der Nanomaterialien muss beachtet werden, dass die neuartigen Eigenschaften der Nanomaterialien gegebenenfalls auch schädliche Wirkungen auf die Umwelt und den Menschen haben können.
Zur Sanierung von Umweltschäden wird die Anwendbarkeit einer Reihe von Nanomaterialien untersucht und erprobt. Erste Erfahrungen bestehen mit der Anwendung von Nanoeisen zur Sanierung von Grundwasserschäden. Der Einsatz von Nanoeisen im Untergrund (in situ) ist ein innovatives Sanierungsverfahren, das sich in Deutschland in der Entwicklung befindet und bisher nur in Einzelfällen angewendet wurde, weshalb der Erfahrungsstand noch relativ gering ist. Das Verfahren wird bisher vor allem bei Grundwasserschäden mit chlorierten Kohlenwasserstoffen angewendet. Unter geeigneten Bedingungen kann es sich durch eine hohe Effektivität und eine kurze Sanierungsdauer auszeichnen.
Das Projekt "Molekulares Design von und Röntgenspektroskopie an Nanocluster-Katalysatoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Paderborn, Department Chemie, Fachgebiet Anorganische und Analytische Chemie (AC) durchgeführt. Die aeroben Bedingungen auf der Erde haben die Akkumulation oxidierter Materie begünstigt, während reduzierte Verbindungen wertvolle Energieträger darstellen. Die Verknappung energiereicher Ressourcen macht die reduktive Umwandlung verfügbarer oxidierter Rohstoffe zu einer der größten Herausforderungen. Dieses Projekt kombiniert die Verwendung des häufigsten Übergangsmetalls, Eisen, als Katalysator in anspruchsvollen reduktiven Prozessen mit moderner Materialcharakterisierung am Synchrotron. Die Erkenntnisse dieses Kooperationsprojekts haben weitreichende Auswirkungen auf moderne Synthese- und Katalyseverfahren, die Material- und Energieforschung sowie den Einsatz von Röntgenmethoden zur Aufklärung heterogener Katalysatoren. Unser Ansatz basiert auf dem hohen Reduktionsvermögen und der Nachhaltigkeit von Eisen- gegenüber konventionellen Edelmetall-Katalysatoren. Der Einsatz aktiver, niedervalenter Eisen-Katalysatoren in reduktiven Prozessen sowie deren mechanistisches Verständnis erfordert jedoch eine kontrollierte Darstellung und effektive Stabilisierung von reduzierten Eisen-Spezies. Der Schwerpunkt unserer Arbeiten widmet sich daher der Natur der Wechselwirkungen von Eisen(0)-Nanoclustern und Nanopartikeln mit Oberflächen-aktiven Liganden und Lösemittelsystemen, die die stereoelektronische Modulation, das Partikelwachstums und die Oberflächenbeschaffenheit signifikant beeinflussen können. Wir untersuchen diverse bottom-up-Ansätze der Herstellung von Eisen(0)-Katalysatoren ausgehend von homogenen Präkursoren in flüssiger Phase unter milden Bedingungen. Katalytische Tests erfolgen in wichtigen Reaktionen zur Darstellung feinchemischer und technischer Synthesebausteine (Reduktionen, Hydrierungen, Isomerisierungen, Defunktionalisierungen etc.). Detaillierte spektroskopische Studien mit harter Röntgenstrahlung haben die Aufklärung der Zusammenhänge von Katalysatorsynthese, Katalyseaktivität und Nanopartikelstruktur (inkl. Größe, Oberflächenkoordination, Oxidationsstufe) zum Ziel und werden ebenso dynamische Effekte während der Nanopartikel-Synthese und -Katalyse mittels in-operando-Techniken adressieren. Dieses interdisziplinäre Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der chemischen Synthese, Katalyse und Charakterisierung von Eisen(0)-Partikeln, hat aber darüber hinaus direkten Bezug zu nachhaltigen Produktionsmethoden, Materialsynthesen und Energieumwandlungsprozessen.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Verfahrenstechnische Umsetzung der photokatalytischen Reaktionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung durchgeführt. Die Zellwände von Algen lassen sich durch Photokatalyse aufspalten, um Lipide zur weiteren Verarbeitung zu gewinnen. Eine signifikante Effizienzsteigerung liegt in der kostengünstigeren Aufspaltung der Zellen, die eine wirtschaftliche stoffliche Verwertung in vielen Bereichen ermöglichen. Dazu werden photokatalytische Systeme bzw. Reaktoren aufgebaut, in denen Algenzellen unter LED- oder Sonnenlicht und geeigneten Katalysatoren photokatalytisch oxidiert werden. Das Projekt hat das Ziel, die Extraktion von Lipiden über eine Photokatalyse zu validieren. Die Photokatalyse mittels eisenhaltiger Nanopartikel ermöglicht dabei eine Aufkonzentration der Algen ohne Einsatz von Separatoren, einen Aufschluss der Zellen ohne den Einsatz von Lösungsmittel und ein umweltfreundliches Recyceln der Nanopartikel durch den Einsatz eines Magnetfeldes. Das Vorhaben gliedert sich in 4 Arbeitspakete (AP): AP 1: Nanopartikel Geeignete Katalysatoren werden für 3D- und 2D-Photokatalyse formuliert. AP 2: Analytik Es erfolgen eine Verifizierung des Zellaufschlusses und der photokatalytischen Eigenschaften, sowie Nachweise von Nanopartikeln. Weiterhin werden die Photokatalysatoren charakterisiert. AP 3: Photokatalyse Die photokatalytischen Reaktionen werden in 3D- und 2D-Systemen durchgeführt: Bei der Umsetzung in 3D-Systemen werden die katalysatorhaltigen Algendispersionen in einem Photoreaktor mit Licht bestrahlt, um oxidationsfähige Radikale zu erzeugen. In 2D-Systemen werden Photokatalysator-Dünnschichten verwendet. AP 4: Verwertungsplan Eine Erhöhung der Algenkonzentration auf mindestens 15 g/l Trockengewicht ermöglicht eine wirtschaftliche Umsetzung und Verwertung.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Formulierung von Photokatalysatoren für Sonnenlicht" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Fachbereich Produktionstechnik, Nachwuchsgruppe Innovative Sensor and Functional Materials Research Group durchgeführt. Die Zellwände von Algen lassen sich durch Photokatalyse aufspalten, um Lipide zur weiteren Verarbeitung zu gewinnen. Eine signifikante Effizienzsteigerung liegt in der kostengünstigeren Aufspaltung der Zellen, die eine wirtschaftliche stoffliche Verwertung in vielen Bereichen ermöglichen. Dazu werden photokatalytische Systeme bzw. Reaktoren aufgebaut, in denen Algenzellen unter LED- oder Sonnenlicht und geeigneten Katalysatoren photokatalytisch oxidiert werden. Das Projekt hat das Ziel, die Extraktion von Lipiden über eine Photokatalyse zu validieren. Die Photokatalyse mittels eisenhaltiger Nanopartikel ermöglicht dabei eine Aufkonzentration der Algen ohne Einsatz von Separatoren, einen Aufschluss der Zellen ohne den Einsatz von Lösungsmittel und ein umweltfreundliches Recyceln der Nanopartikel durch den Einsatz eines Magnetfeldes. Das Vorhaben gliedert sich in 4 Arbeitspakete (AP): AP 1: Nanopartikel Geeignete Katalysatoren werden für 3D- und 2D-Photokatalyse formuliert. AP2: Analytik Es erfolgen eine Verifizierung des Zellaufschlusses und der photokatalytischen Eigenschaften, sowie Nachweise von Nanopartikeln. Weiterhin werden die Photokatalysatoren charakterisiert. AP3: Photokatalyse Die photokatalytischen Reaktionen werden in 3D- und 2D-Systemen durchgeführt: Bei der Umsetzung in 3D-Systemen werden die katalysatorhaltigen Algendispersionen in einem Photoreaktor mit Licht bestrahlt, um oxidationsfähige Radikale zu erzeugen. In 2D-Systemenwerden Photokatalysator-Dünnschichten verwendet. AP4: Verwertungsplan Eine Erhöhung der Algenkonzentration auf mindestens 15g/l Trockengewicht ermöglicht eine wirtschaftliche Umsetzung und Verwertung.
Das Projekt "MIKROSYN: Synergistischer CKW-Abbau mit Mikroorganismen und elementarem Eisen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AIT Austrian Institute of Technology GmbH durchgeführt. An einem Drittel der geschätzten 2000 erheblich kontaminierten Standorte in Österreich sind chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) vorhanden. Da es sich dabei vor allem um chemische Reinigungen und metallverarbeitende Betriebe handelt, befindet sich ein großer Anteil der belasteten Standorte auf verbautem Gebiet, wodurch sich dort meist nur in-situ Methoden (= Behandlung des kontaminierten Bereiches in natürlicher Lage) zur Sanierung eignen. In diesem Projekt werden zwei in-situ Methoden, der biotische Abbau durch Bakterien und abiotischer Abbau durch Eisenpartikel kombiniert. Durch diese Kombination können potenzielle Nachteile der Einzelmethoden vermindert und die Steuerbarkeit der ablaufenden Prozesse erhöht werden. Bei der chemischen Methode handelt es sich um reduktiven Abbau durch elementares Eisen (Fe0), bei der Chlorid-Ionen durch Übertragung von Elektronen von Fe0 auf die CKW abgespalten werden. Bei der biologischen Methode handelt es sich um den Einsatz von strikt anaeroben Stämmen des Bakteriums Dehalococcoides, die unter Nutzung von Wasserstoff CKW dechlorieren (d.h. Chloratome abspaltet). Durch Kombination der beiden Verfahren kann Wasserstoff, der durch die gleichzeitig ablaufende Reaktion von Fe0 mit Wasser gebildet wird von den Bakterien zum weiteren CKW-Abbau genutzt werden. Dadurch kann einerseits die Menge an eingesetztem Fe0 und somit Kosten eingespart werden und darüber hinaus besteht die Möglichkeit den bakteriellen Abbau von CKW durch die kontinuierliche Bereitstellung von Wasserstoff (die sonst nur schwer steuerbar ist, da sie vom Vorhandensein anderer bakterieller Konsortien abhängt) besser zu kontrollieren. In Mikroksomos-Experimenten, werden unterschiedliche Bakterienkulturen in Kombination mit ausgewählten Eisenpartikeln bei unterschiedlichen Anfangsparametern (z.B.: Kohlen-stoffquelle und Nährstoffe) in Bezug auf die Schadstoffentfernung ausgetestet. In diesen Experimenten werden die Reaktionswege des Wasserstoffs im Wasser und des Kohlenstoffs in den CKW mit Hilfe von Stabilisotopenmarkierungen (D2O, 13C-markierte CKW) und von Phospholipidfettsäure (PLFA)-Analysen verfolgt. Im Rahmen des Projekts BIANO ('Sanierung von CKW-Altlasten durch Unterstützung des mikrobiellen Abbaus mit nullwertigem Nanoeisen') wird ein Lysimeter-Experiment unter realitätsnahen Bedingungen durchgeführt. Im Zuge dieses Lysimeter-Versuchs sollen auch Erkenntnisse über die vorherrschende mikrobielle Situation für dieses Projekt gewonnen werden. Anschließend werden die in den Batch-Versuchen und dem Lysimeter-Versuch gewonnenen Ergebnisse in Säulenversuchen über einen längeren Zeitraum getestet und bei Bedarf adaptiert. Auf Basis der die in diesem Projekt erarbeiteten Ergebnisse soll es möglich sein einen Pilotversuch durchzuführen, in dem die kombinierte Anwendung von elementarem Eisen und von Dehalococcoides auf den Abbau von CKW im Grundwasser unter Feldbedingungen getestet wird.
Das Projekt "NAPASAN - Einsatz von Nano-Partikeln zur Sanierung von Grundwasserschadensfällen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. - Technisch-wissenschaftlicher Verein - Technologiezentrum Wasser (TZW) durchgeführt. Nano-Eisen(0)-Technologien sind eine erfolgversprechende Option zur Sanierung kontaminierter Standorte. Aufgrund der starken Wasserstoff-Bildung beim Kontakt mit Grundwasser sind bei der CKW-Sanierung mit Nano-Eisen(0) Synergieeffekte zwischen abiotischer und biologischer Dechlorierung zu erwarten, da die Aktivität dechlorierender Mikroorganismen durch Wasserstoff stimuliert wird. Um die Effizienz von Nano-Eisen(0) bei der Grundwassersanierung zu optimieren, sollen daher die Wechselwirkungen zwischen abiotischem Abbau mittels Nano-Eisen(0) und mikrobiellem Abbau untersucht und genutzt werden. Die Untersuchungen werden in Batch- und Säulensystemen unter Berücksichtigung entstehender Reaktionsprodukte (z.B. Wasserstoff, Verschiebung des pH) und mit einem mikrobiologischen Monitoring (u.a. PCR-Nachweis der spezifischen dechlorierenden Bakterien) durchgeführt. Um die unterschiedlichen Effekte des Eisens bzw. der coatings zu erfassen, werden bei den Laboruntersuchungen reines Eisen(0), gecoatetes Eisen(0) sowie die reinen coatings bzw. Additive in den Formulierungen verwendet. Auf Basis der Laborergebnisse wird ein angepasstes mikrobiologisches Monitoring für die grösserskaligen Versuche der Partner entwickelt. Zur Abschätzung möglicher Risiken der Anwendung werden ökotoxikologische Untersuchungen zur akuten und Mechanismus-spezifischen Toxizität durchgeführt.
Das Projekt "NAPASAN - Einsatz von Nano-Partikeln zur Sanierung von Grundwasserschadensfällen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von UVR-FIA GmbH Verfahrensentwicklung-Umweltschutztechnik-Recycling- GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel Das vorliegende Teilprojekt zielt auf die Entwicklung eines Verfahrens zur kostengünstigen Herstellung von neuen reaktiven Stoffsystemen und die Gewinnung von stabilen Dispersionen auf der Basis von Eisen und dotiertem Eisen für die Herd- und Abstromsanierung von mit LCKW kontaminiertem Grundwasser. Zu den innovativen Kernprozessen des Verfahrenskonzepts gehören die Herstellung von reaktiven Komponenten durch Feinzerkleinerung, mechanisches Aktivieren und mechanisches Legieren sowie die Gewinnung von stabilen Dispersionen der Stoffsysteme durch Mahlverfahren. Die Reaktivität des Eisen soll durch katalytisch wirkende oder die Reaktivität positiv beeinflussende Elemente gezielt gesteuert werden. Gleichzeitig ist beabsichtigt, mit den dotierten Elementen als Marker die Ausdehnung des Sanierungsreagenz in der kontaminierten Bodenzone zu charakterisieren. 2. Arbeitsplanung Ausgangspunkt sind zunächst Versuche im kg-Maßstab zur Herstellung von Labormustern für die Projektpartner. Neben dem mechanischen Legieren und der Feinstzerkleinerung muss eine Modifizierung der Partikel durch umweltverträgliche Zusatzstoffe erfolgen, so dass einerseits ein Transport in der kontaminierten Bodenzone als stabile Suspension möglich ist und andererseits die Partikel auch die Schadstoffe bevorzugt kontaktieren. Gemeinsam mit den Projektpartnern ist die günstigste Rezeptur auszuwählen und eine für einen Feldversuch geeignete Dispersionsmenge zu präparieren.
Das Projekt "NAPASAN - Einsatz von Nano-Partikeln zur Sanierung von Grundwasserschadensfällen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung durchgeführt. Im vorliegenden Projektteil von VEGAS werden mehrere Ziele verfolgt: 1. Ermittlung von konstitutiven Beziehungen zum Transportverhalten von Nanopartikeln in Aquiferen mittels Untersuchungen in Großversuchsständen als Grundlage für numerische Modelle. 2. Nachweisführung der Ausbreitung von Nanopartikeln in Aquiferen. 3. Nachweisführung der Reaktivität von Nanoeisen gegenüber CKW mit Schwerpunkt auf dem Langzeitverhalten und 4. die wissenschaftliche Begleitung des Einsatzes von Nanoeisen im Feld und Ableitung von Bemessungsgrößen Die Arbeitsplanung im vorliegenden Teilvorhaben sieht im Wesentlichen drei Schwerpunkte vor, die parallel bearbeitet werden: 1. Entwicklung einer in-situ-Messtechnik zur eindeutigen Nachweisführung des Transportverhaltens von Nanopartikeln im Aquifer. 2. Ermittlung von konstitutiven Beziehungen des Transportverhaltens von Nanopartikeln in Aquiferen als Eingangsgrößen in numerische Modelle auf Basis von großskaligen Technikumsversuchen. 3. Ermittlung des Langzeitverhaltens von Nanopartikeln in Aquifer und den gezielten Eingriff in das hydrochemische Milieu zur Unterstützung der Sanierungseffizienz. Die in diesen Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse sollen mit den Ergebnissen der anderen Arbeitsgruppen so zusammengeführt werden, dass in einer Feldanwendung der Einsatz von Nanoeisen erfolgreich demonstriert werden kann. Die Koordination der einzelnen Projektteile wird dabei von VEGAS übernommen.
Das Projekt "NAPASAN - Einsatz von Nano-Partikeln zur Sanierung von Grundwasserschadensfällen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Geowissenschaften, Arbeitsgruppe angewandte Geologie - Aquatische Geochemie und Hydrogeologie durchgeführt. Das Ziel dieses Forschungsverbundes ist die Entwicklung, technische Herstellung und Erprobung kostengünstiger Nanoeisenpartikel zur Sanierung von mit LHKW belasteten Aquiferen. Hierzu sollen Grundlagen erarbeitet werden, die dazu führen, die Anwendung von Nanopartikeln nachweisbar effektiv, kontrollierbar und kostengünstig zu machen. Die Schwerpunkte des Teilprojekts liegen in der experimentellen Untersuchung der Transporteigenschaften der Nanoeisenpartikel sowie der numerischen Modellierung. Anhand von Säulen- und Gerinneversuchen werden die maßgeblichen Einflussgrößen auf das Transportverhalten der Partikel unter variierenden Randbedingungen identifiziert und quantifiziert. Diese sowie die Ergebnisse der anderen Teilprojekte stellen die Eingangsparamter für die Erstellung eines numerischen Modells zur Simulation des Transportverhaltens und der Langzeitreaktivität der Partikel in Abhängigkeit der Standortgegebenheiten dar. Mit Hilfe dieses Modells und eines zu erstellenden Standortmodells wird der durchzuführende Feldversuch ausgelegt, die Partikelinjektion optimiert und ein Monitoringkonzept zur Erfolgskontrolle entwickelt.
| Origin | Count |
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| Bund | 17 |
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| Förderprogramm | 15 |
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| License | Count |
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| geschlossen | 2 |
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| Boden | 15 |
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