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Research for Sustainable Technologies
Klaus-Michael Mangold
Wasserbehandlung mit Elektrochemie: industrielles Prozesswasser und kommunales Abwasser
Weihenstephan, 15. September 2016
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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
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Arbeitsgruppe Elektrochemie
Wasserbehandlung Molekulare Elektrochemie Energiespeicher
Entsalzung, Enthärtung Elektroorganische Synthese Redox-Flow
Spurenstoffe, Prozess-Kreisläufe Mikrobielle Elektrosynthese
Elektrochemischer Abbau
3
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4
Kläranlagen als Energiepuffer für Stromnetze
Covestro Deutschland AG
kestro.de
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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
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6
Abbau von Spurenstoffen
mit Bor-dotierter Diamant-Elektrode
Aktivkohle
Kläranlagenablauf
+
-
Elektrode
1. Schritt: Adsorption 2. Schritt: Desorption + Abbau
+-
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7
Adsorber im Vergleich
gete
mpe
rtes
Vlie
s
![Page 8: Klaus-Michael Mangold¶nnen_kl... · Projektidee: Stabilisierung von Stromnetzen. 5. A n o d e b e d e c k t n m i t M i k r o o r g a i s m e n K a t h o d e. O. 2 (Luft) H. 2. O](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022041419/5e1e3031c2d428020e16c51a/html5/thumbnails/8.jpg)
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+
![Page 9: Klaus-Michael Mangold¶nnen_kl... · Projektidee: Stabilisierung von Stromnetzen. 5. A n o d e b e d e c k t n m i t M i k r o o r g a i s m e n K a t h o d e. O. 2 (Luft) H. 2. O](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022041419/5e1e3031c2d428020e16c51a/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Adsorption mit Elektrochemie
time / min
abso
rban
ceat
220n
m
1mM Ibuprofen (30 mL), 300 mg AktivkohleO
-O
Na+
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10
Elektrochemische Desorption
Sulfamethoxazol
UV/Vis:
beladene Aktivkohle: -1500 mV, 30 min
ungeteilte Zelle, Gegenelektrode: Ti
SNH2HN
O
O
NO
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11
Adsorptions-/Desorptionszelle
Aktivkohle-BettSeitenansichten
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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
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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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14
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
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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
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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