Mizellare Katalyse bei der photochemischen Beseitigung von Schadstoffen

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Steffi Engel

Durch die industrielle Produktionsweise haben sich für die Natur und den Menschen in einem ungeheuren Maße Schadstoffe angereichert. Da das Selbstreinigungsvermögen der Biosphäre überschritten wurde, müssen diese Schadstoffe durch biologische, chemische oder physikalische Verfahren aus dem natürlichen Kreislauf entfernt werden. Innerhalb der chemischen Verfahren spielen die lichtinduzierten Prozesse eine wesentliche Rolle. Photochemische Methoden zur Schadstoffbeseitigung sind die Direktphotolyse, die Photokatalyse und die Photooxidation. Unter Photooxidation versteht man die Beseitigung energiereicher Verbindungen durch eine Oxidation mit Singulett-Sauerstoff, z.B. die Zersetzung von 9-Methylanthracen mit Singulett-Sauerstoff. Dabei ist eine Sensibilisation der Singulett-Sauerstoff-Bildung notwendig.Bei der Direktphotolyse und der Photokatalyse wird aus Gründen der Absorption häufig nur der ultraviolette Bereich der Strahlung genutzt, was auf die Natur der eingesetzten Sensibilisatoren zurückzuführen ist. Dadurch geht eine große Menge des eingestrahlten Lichtes ungenutzt verloren. Die Gesamteffektivität des Abbaus könnte aber gesteigert werden, wenn praktisch alles Licht ausgenutzt wird. Die Untersuchungen dazu waren Gegenstand meiner Promotionsarbeit. In diesem Zusammenhang wurde die Funktionalisierung der Schadstoffe mit Singulett-Sauerstoff zu leichter abbaubaren Verbindungen erforscht. Vorrangig wurden elektronenreiche Verbindungen, wie Enamine, Enole oder polycyclische Aromaten, durch den Singulett-Sauerstoff oxidiert. Gerade die polycyclischen Aromaten sind schwerwiegende Verunreinigungen, da sie auf Grund ihrer hohen Elektronendichte im System stark krebserregende Verbindungen sind.Schwierig dabei ist die geringe Wasserlöslichkeit dieser Verbindungen. Eine Möglichkeit, diese Substanzen trotzdem zu "lösen", besteht im Einsatz von mizellbildenden Tensiden. Dadurch werden die organischen Verunreinigungen solubilisiert, in den Mizellen lokalisiert und konzentriert. Diese Anreicherung von Stoffen wird allgemein als "Sammlerwirkung der Mizellen" bezeichnet. Diese gebildeten Assoziate können als Mikroreaktor gesehen werden, d.h. die Reaktanden werden in ihrem Inneren zusammengeführt. Denn auch der Singulett-Sauerstoff wird durch das Fixieren der Sensibilisatorfarbstoffe im Inneren bzw. in den Randschichten der Mizellen erzeugt. Neben dem "Sammlereffekt" wirkt sich die zu erwartende größere Lebensdauer des Singulett-Sauerstoffes in Mizellen günstig auf die Reaktion aus.Ausgehend von einem in der Literatur beschriebenen Beispiel (GORMAN, RODGERS, LOVERING) wurde in der Dissertation untersucht, inwiefern der photochemische Abbau von aromatischen Schadstoffen durch eine mizellare Katalyse prinzipiell möglich ist. Dazu wurden geeignete Tenside, Sensibilisatoren und aromatische Singulett-Sauerstoff-Akzeptoren ausgewählt, die Solubilisierung sowie die Effektivität der Addition von Singulett-Sauerstoff untersucht und Möglichkeiten zur technischen Nutzung dieses Verfahrens aufgezeigt.

Förderzeitraum:
01.12.1993 - 30.11.1996

Institut:
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
AG Photochemie
Institut für Organische Chemie

Betreuer:
Gunter Doz. Dr. Israel

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