Research for Sustainable Technologies

Klaus-Michael Mangold

Wasserbehandlung mit Elektrochemie: industrielles Prozesswasser und kommunales Abwasser

Weihenstephan, 15. September 2016

2

Drei Partner – ein Netzwerk

Forschung für nachhaltige Technologien

Professionelles Management von Ausstellungen zu Investitionsgütern

Interdisziplinäre Plattform an der Schnittstelle zwischen

Wissenschaft, Wirtschaft, Politik und Öffentlichkeit

Arbeitsgruppe Elektrochemie

Wasserbehandlung Molekulare Elektrochemie Energiespeicher

Entsalzung, Enthärtung Elektroorganische Synthese Redox-Flow

Spurenstoffe, Prozess-Kreisläufe Mikrobielle Elektrosynthese

Elektrochemischer Abbau

3

4

Kläranlagen als Energiepuffer für Stromnetze

Covestro Deutschland AG

kestro.de

Projektidee: Stabilisierung von Stromnetzen

5

Ano

debe

deck

t mit

Mik

roor

gani

smen

Ka t

h ode

O2 (Luft)

H2O

Abwasser

CO2

Überangebot an EnergieEnergiebedarf

Biobrennstoffzelle Abbau von Spurenstoffen

6

Abbau von Spurenstoffen

mit Bor-dotierter Diamant-Elektrode

Aktivkohle

Kläranlagenablauf

+

-

Elektrode

1. Schritt: Adsorption 2. Schritt: Desorption + Abbau

+-

7

Adsorber im Vergleich

gete

mpe

rtes

Vlie

s

8

Adsorption ohne Elektrochemie

Ibuprofen Diatrizoat

time / min

conc

entr

atio

n/

mm

ol/L

jeweils 2 mL einer 0,1 mM Lösung auf 40 mg Aktivkohle

O O-

II

I

NH

NH

Na+

CH3

O

H3C

O

O

-O

Na+

9

Adsorption mit Elektrochemie

time / min

abso

rban

ceat

220n

m

1mM Ibuprofen (30 mL), 300 mg AktivkohleO

-O

Na+

10

Elektrochemische Desorption

Sulfamethoxazol

UV/Vis:

beladene Aktivkohle: -1500 mV, 30 min

ungeteilte Zelle, Gegenelektrode: Ti

SNH2HN

O

O

NO

11

Adsorptions-/Desorptionszelle

Aktivkohle-BettSeitenansichten

12

NaCl-Stoffkreislauf in der chemischen Produktion

Chlo

r-A

lkal

i-Ele

ktro

lyse

Chlo

ralk

ali-E

lekt

roly

se

Natrium-chlorid

Natronlauge

Chlor

Chlo

r-A

lkal

i-Ele

ktro

lyseChlorierung

Synthese, z. B. Polycarbonat

Chloridhaltige Abwässer

Aufgabe: Reinigung der Chlorid-haltigen Prozess-Abwässer

13

Elektrochemische Adsorption und Desorption / Aktivkohle

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 1,1 1,2 1,3 1,4 2,1 2,2 2,3 16,2 16,3 16,4conc

entr

atio

n of

ace

tate

/ m

mol

/L

number of sample(n,1: ramp ↗; n,2: +1200mV = adsorption; n,3: ramp ↘; n,4: -1200mV = desorption)

adsorption/desorption of acetateAcetatEthylacetat

Modellsubstanzen:

Acetat

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Elektrochemischer Abbau an verschiedenen Elektroden

DiatrizoatRöntgenkontrastmittel

2 mA/cm², 90 min

-2

-1,8

-1,6

-1,4

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Abs

orba

nce

at 2

45nm

Time / min

GC BDD

O O-

II

I

NH

NH

Na+

CH3

O

H3C

O

Glaskohlenstoff-Elektrode

BDD-Elektrode

15

Elektrochemischer Abbau auch an der Kathode

O O-

II

INH

NH

Na+

CH3

O

H3C

O

0,1mM Diatrizoat in 0,1M Na2SO4

Glaskohlenstoff-Electrode

potential / mV vs Ag/AgCl

curr

ent/

mA

16

Dank an das Team:

Stefanie HildJürgen SchusterRamona Simon

Esther von Grotthus

Wir forschen auch in Ihrem Auftrag!

Dank an das BMWiund an die AiF

IGF Nr. 16389N