Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines elektrochemisch steuerbaren Sorptionsverfahrens mit magnetischen Nanokompositpartikeln zur Entfernung und Rückgewinnung von Gadolinium, Platin und deren Komplexverbindungen

Ziel ist die Reinigung von Gadolinium- und Platin-haltigen pharmazeutischen Abwässern sowie die Rückgewinnung der Wertmetalle und der Abbau organischer Verbindungen. In der Medizin kommen Komplexverbindungen von Gadolinium und Platin als Kontrastmittel in der Diagnostik und als Zytostatika in der Krebstherapie zum Einsatz, werden nach der Behandlung vom Körper ausgeschieden und gelangen ins Abwasser aus dem sie bisher nicht entfernt werden. Zur Lösung dieser Problematik sollen die Substanzen durch den Einsatz neuartiger magnetischer Partikel aus dem Abwasser entfernt werden. Die Partikel werden dazu mit einem spezifischen Adsorbermaterial modifiziert, um eine vollständige Entfernung der Substanzen aus dem Wasser zu erreichen. Zudem wird die elektrische Leitfähigkeit der Partikel genutzt um über potentialgesteuerte Adsorption die Selektivität und Kapazität zu erhöhen. Die adsorbierten Substanzen werden anschließend elektrochemisch desorbiert und die Partikel dadurch wieder einsetzbar. Aus den dabei aufkonzentrierten Substanzen werden die Metalle durch elektrochemische Abscheidung effektiver zurückgewonnen und die verbleibenden organischen Verbindungen an einer Bordotierten Diamantelektrode effizienter abgebaut. Mit diesem neuen Ansatz zur gleichzeitigen Rückgewinnung von Wertstoffen und Adsorbern sowie Aufreinigung von schadstoffbelasteten Wässern ist dieses Vorhaben volkswirtschaftlich relevant und branchenübergreifend. Es stehen Materialentwicklungen in den Bereichen synthetische Adsorber, Nanotechnologie sowie neue Prozesse zur Wasserreinigung und Wertstoffrückgewinnung im Fokus. Nutzen für KMU: Hersteller von Adsorbern, Elektroden und Anlagenbauer werden von den neuen Materialien und Verfahren profitieren indem sie ihr Portfolio erweitern und neue Anwendungsfelder und Märkte erschließen. Zudem lassen sich die modifizierten Adsorber sowie das Verfahren zur Regenerierung und Rückgewinnung auf weitere Branchen (Veredelung, Galvanik, Mikroelektronik) übertragen.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurde ein Verfahren entwickelt und eine elektrochemische Zelle aufgebaut BDD (Bordotierter Diamant) Elektrode und eine Glaskohlenstoffelektrode aufgebaut um persistente Organik aus Abwässern an der Anode oxidativ zu entfernen und gleichzeitig enthaltene Wertmetall-Ionen an der Kathode zu reduzieren und so zurück zu gewinnen. Damit wurde die elektrochemische Abbaubarkeit von verschiedenen pharmazeutischen Stoffen in Abwässern untersucht. Als Beispielsubstanzen wurden dazu MRT-Kontrastmittel auf Gd-Basis (Gadopentetat-Dimeglumin) und ein Zytostatikum auf Pt-Basis (Carboplatin) gewählt. Für die GD-Verbindung konnte das Metall als Oxid/Hydroxid direkt an der Kathode abgeschieden werden während Pt zu Nanopartikeln reduziert wurde.

Das entwickelte Verfahren ist für den Konzentrationsbereich µg-mg an Zielsubstanz in künstlichen Abwässern untersucht worden und stellte sich als relativ robust gegenüber wechselnden Abwassermischungen dar.

Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird es möglich, auch andere Wertmetalle aus Abwässern zurückzugewinnen. Somit könnte das Verfahren einerseits auf den Abbau von persistenten Verbindungen im Abwasserbereich und anderseits auf die Rückgewinnung weiterer Wertmetalle übertragen werden. Durch den elektrochemischen Abbau der Schadstoffe können Kosten für eine Deponierung oder Verbrennung der Abwässer eingespart werden und es entsteht eine zusätzliche Wertschöpfung durch die Rückgewinnung von Wertmetallen. Je nach Ausführung ist das Verfahren flexibel skalierbar und kann auch mobil eingesetzt werden.