Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Magnetoresponsive Pyrokatalysatoren zur Prozesswasseraufbereitung in textilen Dienstleistungsbetrieben

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist es, unter Einsatz magnetoresponsiver Pyrokatalysatoren bestehend aus einem pyroelektrokatalytischen Material, das auf ein magnetisches Trägermaterial aufgebracht ist, ein wirtschaftliches Verfahren zur Aufbereitung schwach belasteter Prozesswässer (z.B. Spülflotten, Pressen- und Zentrifugenwasser, Permeate aus der Membranfiltration) zu realisieren, das deren Einsatz in der Spülphase ermöglicht. Bei pyroelektrischer Anregung der magnetoresponsiven Pyrokatalysatoren durch Temperaturänderungen kommt es zur Bildung reaktiver Sauerstoffspezies, die organische Flotteninhaltsstoffe abbauen und zur Keiminaktivierung führen. Die Temperaturänderungen werden durch induktive Anregung des magnetischen Trägermaterials (Erwärmungsphase) und anschließende Wärmeübertragung auf das umgebende Prozesswasser (Abkühlungsphase) induziert.

Durch Einsatz mittels magnetoresponsiver Pyrokatalysatoren aufbereiteter Prozesswässer in der Spülphase lässt sich der spezifische Frischwasserbedarf verringern (z.B. um 3 m3 pro Tonne Textil), woraus sich für die ca. 2.300 textilen Dienstleister (vorwiegend KMU) wirtschaftliche Vorteile von über 5 Mio. €/a durch reduzierte Frisch- und Abwasserkosten ergeben. Aufgrund der kurzen Prozessdauer kann aufbereitetes Prozesswasser entweder direkt in die Spülzonen eingeleitet werden oder alternativ in kleinen Zwischentanks kurzzeitig gelagert werden. Der geringe Platzbedarf für den Induktionsreaktor zur Prozesswasseraufbereitung mittels magnetoresponsiver Pyrokatalysatoren sowie der Return-on-investment innerhalb weniger Monate (ca. 20 Monate) machen das Verfahren insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen interessant.

KMU - vor allem Reinigungsfirmen - haben von dem Projekt einen sehr großen Nutzen, da vor allem Wasserkosten deutlich eingespart werden können. Das hat neben dem kommerziellen Aspekt auch Werbeeffekt im Hinblick auf Umweltthemen.

Das Verfahren zur Prozesswasseraufbereitung mittels magnetoresponsiver Pyrokatalysatoren lässt sich ferner auch zur Aufbereitung von Prozess- und/oder Abwässern, z.B. aus der chemischen, pharmazeutischen, Papier- oder Lebensmittelindustrie anwenden.

Ergebniszusammenfassung:

Ein Verfahren zur Aufbereitung schwach belasteter Prozesswässer mittels katalytisch generierter reaktiver Sauerstoffspezies wurde entwickelt. Hierzu wurden zum einen magnetoresponsive Pyrokatalysatoren entwickelt, die aus einem pyroelektrokatalytischen Material immobilisiert auf einem magnetischen Partikel bestehen. Die pyroelektrische Anregung der magnetoresponsiven Pyrokatalysatoren durch Temperaturänderungen wurde durch induktive Anregung des magnetischen Trägermaterials (Erwärmungsphase) und anschließende Wärmeübertragung auf das umgebende Prozesswasser (Abkühlungsphase) induziert. Zum anderen erfolgte eine Generierung reaktiver Sauerstoffspezies mittels heterogener Fenton-Reaktion unter Einsatz magnetischer Partikel als Katalysator (magnetoresponsive Fenton-Katalysatoren). Durch induktive Erwärmung der magnetoresponsiven Fenton-Katalysatoren wurde hierbei die Reaktionsgeschwindigkeit optimiert. Die magnetischen Eigenschaften der Pyrokatalysatoren bzw. der Fenton-Katalysatoren ermöglichen deren einfache magnetische Separation aus dem aufbereiteten Prozesswasser. Die Wasseraufbereitung erfolgte mittels eines Induktionsreaktors, durch den das Prozesswasser über ein Rohr- und Schlauchsystem mit konstantem Volumenstrom geleitet wird und in dem Dosierung, Anregung und anschließende Separation der magnetoresponsiven Katalysatoren erfolgen.

Durch Einsatz mittels magnetoresponsiver Katalysatoren aufbereiteter Prozesswässer in der Spülphase lässt sich der spezifische Frischwasserbedarf verringern, woraus sich für die textilen Dienstleister wirtschaftliche Vorteile durch reduzierte Frisch- und Abwasserkosten ergeben.