Photokatalytische Reinigung von Farbstoffabwässern – Lösung einer ökologischen Zeitbombe

von David Nippa (17, Sächs. Landesgymnasium St. Afra zu Meißen)

Kategorie: Chemie 2014
Betreuer: Dr. Jens Viehweg (Sächs. Landesgymnasium St. Afra zu Meißen)
Wettbewerbsart: Jugend forscht

Gewonnene Preise:
  • 2. Platz im Landeswettbewerb
  • Sonderpreis "Forschungspraktikum an der TU Chemnitz" im Landeswettbewerb
  • Regionalsieger
  • Sonderpreis "Umwelttechnik" im Regionalwettbewerb

Da Wasser für den Menschen die wichtigste Lebensgrundlage darstellt und auf der Welt zunehmend große Mengen von stark verschmutzten Abwässern durch die Industrie entstehen, muss es Ziel sein, eine ökologisch und ökonomisch effiziente Möglichkeit der Wasserwiederaufbereitung zu etablieren. Eine vielversprechende Methode auf der Suche nach der Lösung dieser ökologischen Zeitbombe stellt hierbei die photokatalytische Abwasserreinigung dar, welche die Aufspaltung von organischen Schadstoffmolekülen ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Prozessoptimierung durch Änderung der Parameter Temperatur und pH-Wert für den Abbau von Methylorange (MO), ein häufig verwendeter Farbstoff der Textilindustrie, vorgenommen.
Alle durchgeführten Versuchsreihen begannen mit der Probenvorbereitung, es folgte der eigentliche Farbstoffabbau und abschließend wurden die Proben aufbereitet, sodass eine Messung der Extinktion mit Hilfe eines UV-VIS-Spektrometers vorgenommen werden konnte. Der Farbstoffabbau erfolgte parameterabhängig mit Hilfe einer UV-A-Bestrahlungseinheit und einer Mehrfach-Magnetrührer-Heizplatte, welche für die konstante Durchmischung der Proben sorgte.
Im Rahmen dieser Arbeit konnte festgestellt werden, dass das MO im Vergleich zur Referenzsubstanz Methylenblau deutlich langsamer abgebaut wird. Außerdem führten ein pH-Wert von 4 sowie eine Temperatur von 40°C zu einer Erhöhung der Abbau-geschwindigkeit. Durch Kombination dieser Parameter (optimiertes Protokoll) wurde ein weiterer Anstieg der Abbaurate von MO erreicht, welcher sich durch die Langmuir-Hinshelwood-Kinetik eindeutig beschreiben ließ. Bei der Anwendung des optimierten Protokolls auf weitere Farbstoffe konnte überwiegend eine Erhöhung der Reaktions-geschwindigkeit ermittelt werden. Allerdings müssen diese Ergebnisse im Rahmen von zukünftigen Untersuchungen überprüft werden, da es teilweise zu einer Adsorption der Farbstoffe am Katalysator kam, wodurch keine klaren Reaktionsbedingungen gegeben waren. Außerdem sollte die Forschung nach neuen Katalysatoren vorangetrieben werden, welche keine Farbstoffadsorption zeigen, um eine vollständige Abwasserreinigung zu erzielen.

Photokatalytische Reinigung von Farbstoffabwässern – Lösung einer ökologischen Zeitbombe