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Entwicklung eines Verfahrens zur Reduktion von Mikroplastik aus aquatischen Medien mittels innovativer Hybridmaterialien

  • Die Zunahme von Mikroplastik (< 5 mm) in der Umwelt ist ein globales Problem, welches im direkten Zusammenhang mit deren steigender Produktionsmenge und –vielfalt steht. Durch direkten Eintrag (primär) oder durch Zersetzung von Meso- und Makroplastik (sekundär) gelangen Mikroplastik-Partikel über die gängigen Stofftransportwege (u.a. häusliche oder industrielle Abwässer, Straßenabflüsse, Gezeiten, Winden, etc.) in die Umweltkompartimente Wasser und/oder Boden. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur nachhaltigen Entfernung von Mikroplastik-Partikeln (inerten organisch-chemischen Stressoren, IOCS) aus dem Abwasser basieren auf der Konstruktion von Polymer-Einschlussverbindungen. IOCS beschreiben organisch-chemische Moleküle, die beim Eintrag in das Ökosystem eine hohe Persistenz aufweisen und nur begrenzt abgebaut werden können. Nach dem Prinzip der Cloud Point Technologie wurde eine neuartige Separationstechnik entwickelt, welche ein Partikelwachstum bei Mikroplastik induziert und eine leichtere Abtrennung aus Wässer durch Volumenzunahme nach dem Stand der Technik ermöglicht. Das Konzept zur nachhaltigen Entfernung von Mikrokunststoffen von Herbort und Schuhen basiert auf einer Drei-Schritt-Synthese. Dieses Konzept wurde im Rahmen der Forschungsarbeiten weiter optimiert und hinsichtlich der Kriterien Ressourceneffizienz und Wirtschaftlichkeit angepasst. Die Arbeitsgrundlage des Konzeptes basiert auf der Hypothese, dass van der Waals Kräfte mit kurzer Reichweite und lokalisierte hydrophobe Wechselwirkungen zwischen Präkursor und/oder Material und dem anzubindenden IOCS eine Fixierung durch die Ausbildung einer Einschlussverbindung mit Partikelwachstum induzieren können. Durch Zugabe von Silizium basierten ökotoxikologisch nicht relevanten Werkstoffen gelingt es, in einem durch Wasser induzierten Aggregationsprozess, eine molekulare Selbstorganisation mit den hydrophoben Stressoren zu initiieren. Dies führt zu einer Phasentrennung, wodurch Agglomerate mit einem 10000-fach größeren Volumen ( 2-3 cm) aufschwimmen und im Anschluss durch effektive und kostengünstige Filtrationsverfahren (z. B. Sandfang, Fettabscheider) das Polymer-Extrakt vom aquatischen Medium getrennt werden können.
  • The increase in plastic particles (< 5 mm) in the environment is a global problem, which is in direct correlation to the increasing production quantity and variety. Through direct input (primary) or through the degradation of macroplastics (secondary), particles enter the environmental compartments water and/or soil via conventional material transportation paths. The research and development work on the sustainable removal of microplastic particles (inert organic chemical stressors, IOCS) from wastewater is based on the construction of polymer inclusion compounds. IOCS describe a group of organic chemical molecules, which demonstrate a high level of persistence upon entry in the ecosystem and whose degradation is limited. Following the principle of Cloud Point Technology, a novel separation technique has been developed which induces particle growth in microplastics and allows easier separation from the water by volume increase according to the state of the art. The concept for the sustainable removal of microplastics from Herbort and Schuhen is based on a three-step synthesis. This concept was further optimized as part of the research and adapted to the criteria of resource efficiency and profitability. The fundamental research is premised on the hypothesis that van der Waals forces with short ranges and localized hydrophobic interactions between precursors and/or material and the IOCS to be connected can induce a fixation through the formation of an inclusion compound with particle growth. Through the addition of silicon-based ecotoxicologically irrelevant coagulation and inclusion units, it is possible to initiate molecular self-organization with the hydrophobic stressors in an aggregation process induced through water. It results in adhesive particle growth around the polymer particles and between particles. Subsequently, the polymer extract can be separated from aquatic media through simple and cost-effective filtration processes (e.g. sand trap, grease trap), due to the 10,000 times larger volume microplastic agglomerates.

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Metadaten
Author:Adrian Frank Herbort
URN:urn:nbn:de:kola-20344
Advisor:Katrin Schuhen, Wolfgang Imhof
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2020/03/02
Date of publication:2020/03/02
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Landau, Fachbereich 7
Date of final exam:2020/02/13
Release Date:2020/03/04
Number of pages:xvii, 124 Seiten
Institutes:Fachbereich 7
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG