Chitosan - BioPolyMeer zur Farbstoffadsorption
von Fritz Henke (18, Joliot-Curie-Gymnasium Görlitz)
Kategorie: Chemie
Betreuer: Frank Buchelt (Joliot-Curie-Gymnasium Görlitz), Heike Schmidt (Stadtwerke Görlitz AG)
Wettbewerbsart: Jugend forscht
- 3. Platz im Bundeswettbewerb
- Landessieger
- Sonderpreis futureSAX im Landeswettbewerb
- Sonderpreis des Sächsischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr im Landeswettbewerb
- Sonderpreis "Ressourceneffizienz vom Helmholtz-Institut Freiberg" im Landeswettbewerb
- Regionalsieger
Textilabwasser stellen eine Gefahr für die Umwelt dar, da die umweltgefährdenden Farbstoffe häufig nur verdünnt in die Natur gelangen.
Ein potenzielles Adsorptionsmittel zur Entfernung von Farbstoffen ist das Biopolymer Chitosan. Chitosan wurde in mehreren Reaktionsschritten aus Garnelenschalen gewonnen und anschließend zu Hydrogelen und Perlen modifiziert. Diese zwei Modifikationen wurden zur Adsorption des Azofarbstoffs Allurarot AC verwendet. Dazu wurden systematisch verschiedene Parameter verändert, um die für den Adsorptionsprozess günstigsten Bedingungen zu ermitteln. Auch die Desorption wurde untersucht, um eine mehrmalige Nutzung der Chitosan-Modifikationen zu ermöglichen. Zur Analyse wurden die Säure-Base-Titration, die UV/Vis- sowie die Infrarot-Spektroskopie verwendet. Um die Prozesse besser erklären zu können, wurden auch thermodynamische und kinetische Modelle herangezogen.
Es wurde herausgefunden, dass die optimalen Bedingungen für die Adsorption ein pH-Wert = 3, eine Kontaktzeit von 120 Minuten und eine möglichst geringe Farbstoffkonzentration. Die Chitosan-Hydrogele können durch die Desorption mit Natronlauge regeneriert werden, wodurch eine Wiederverwendung ermöglicht wird. Die Perlen sind weniger gut für die Adsorption geeignet.
Fazit: Die Farbstoffadsorption an Hydrogelen stellt eine Ressourcen schonende Ergänzung für die Aufbereitung von Textilabwässern dar. Die Eigenschaften der Hydrogele hinsichtlich pH-Beeinflussung und Vernetzung müssen noch optimiert werden. Eine weitere große Hürde ist die Übertragung des Verfahrens in den Großmaßstab.
