DAS1 und DSBP sind die dominanten optischen Aufheller in Waschmitteln. Daher gelangen beträchtliche Anteile in die Kläranlage, wo eine starke Adsorption an den Klärschlamm erfolgt. Aufgrund der Verwendung von Klärschlamm als landwirtschaftlicher Dünger werden optische Aufheller in Böden eingetragen. Bisher existieren jedoch kaum Untersuchungen über das Adsorptionsverhalten der Aufheller an Bodenbestandteilen.
Um diese Wissenslücke zu schliessen, entstand meine Diplomarbeit mit dem Ziel, DAS1 und DSBP hinsichtlich ihrer Adsorption an Na-, Ca- und Fe-Montmorillonit, an Na- und Ca-Montmorillonit-Polysaccharidkomplexen (= Tonpolymerkomplexe, als Simulation der in natura mit mikrobiellen Polymeren belegten Tonmineralen) sowie an Na- und Ca-Montmorillonit-Huminsäurekomplexen (Simulation der Ton-Humuskomplexe) zu untersuchen.
Die Versuche ergaben eine starke Adsorption von DAS1 an Ca- und Fe-Montmorillonit und an Ca-Montmorillonit-Polysaccharidkomplexen. Geringer, aber immer noch deutlich, war die Adsorption von DAS1 an Na-Montmorillonit-Polysaccharidkomplexe sowie von DSBP an Fe-Montmorillonit. Keine Bindung konnte mit DSBP an Na- und Ca-Montmorillonit, an alle Na- und Ca-Montmorillonit-Polysaccharidkomplexe sowie an Na- und Ca-Montmorillonit-Huminsäurekomplexe erzielt werden. Ebenso konnte keine Adsorption von DAS1 an Na-Montmorillonit und an Tonhuminsäurekomplexe nachgewiesen werden.
Die z.T. fehlgeschlagene Sorption ist auf den abstoßenden Effekt der negativ geladenen Tonminerale zurückzuführen. Durch die Ausbildung von Kationbrücken konnte diese Barriere jedoch überwunden werden.
Die Ergebnisse verdeutlichen diesen Zusammenhang: Die Adsorption nahm bei Montmorillonit mit steigender Ladung der austauschbaren Kationen in der Reihenfolge Na+ < Ca2+ < Fe3+ zu. Als Adsorptionsmechanismus ist daher eine Ionenbindung der Sulfonatanionen der Aufheller an austauschbare Kationen anzunehmen.
Einen adsorptionssteigernden Einfluss hatte die Belegung der Tonminerale mit dem Polysaccharid Gum Xanthan. Deswegen besitzen auch die geringen Polysaccharidgehalte in Böden eine Bedeutung. Die fehlende Sorption der hydrophilen Aufheller an Ton-Huminsäurekomplexe ist auf den hydrophoben Charakter der sorbierten Huminsäure zurückzuführen.
Insgesamt besitzen Tonminerale einen bedeutenden Einfluss bei der Adsorption der Aufheller, während die Huminstoffe scheinbar keine Rolle spielen.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einführung
- 2. Optische Aufheller
- 2.1 Eigenschaften, Geschichte und Verwendung von optischen Aufhellern
- 2.2 DAS1 und DSBP
- 2.2.1 DAS1
- 2.2.2 DSBP
- 2.3 Fluoreszenz der Aufheller
- 2.4 Photoisomerisierung
- 2.5 Toxikologie von DAS1 und DSBP
- 3. Umweltverhalten von DAS1 und DSBP
- 3.1 Bindungsverhalten
- 3.2 Abbau der Aufheller in der Umwelt
- 3.3 Verhalten der Aufheller im Boden
- 3.4 Verhalten der Aufheller in der Kläranlage
- 3.5 Verhalten der Aufheller in Gewässern
- 3.6 Ökotoxikologie
- 4. Analytik der Aufheller
- 5. Grundlagen der Adsorption organischer Stoffe im Boden
- 5.1 Adsorptionsmechanismen
- 5.2 Sorptionsrelevante Sorbenteigenschaften
- 5.3 Sorptionsrelevante Sorbateigenschaften
- 5.4 Anionenadsorption
- 5.5 Sorptionskinetik
- 5.6 Adsorptionsisothermen
- 6. Tonminerale
- 6.1 Aufbau der Tonminerale
- 6.1.1 Montmorillonit
- 6.2 Physikalisch-chemische Eigenschaften der Tonminerale
- 6.2.1 Spezifische Oberfläche
- 6.2.2 Quellung
- 6.2.3 Flockung
- 6.2.4 Oberflächenladungen
- 6.2.5 Ionenaustausch
- 6.2.6 Reaktivität der Tonminerale
- 7. Polysaccharide (Polyanionen)
- 7.1 Eigenschaften der Polyanionen
- 7.2 Bindungsverhalten der Polyanionen
- 7.3 Flockung durch Polyanionen
- 7.4 Polysaccharide als Bestandteile von Biofilmen
- 8. Huminstoffe
- 9. Versuchsdurchführung
- 10. Ergebnisse
- 11. Diskussion
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit untersucht die Adsorption optischer Aufheller, speziell DAS1 und DSBP, an Tonmineralen und tonorganischen Komplexen. Ziel ist es, das Umweltverhalten dieser Stoffe im Boden besser zu verstehen und die Einflussfaktoren auf ihre Bindung zu analysieren.
- Adsorption von optischen Aufhellern an Tonmineralen
- Einfluss von pH-Wert und Salzzugabe auf die Adsorption
- Adsorption an Ton-Polymer- und Ton-Huminstoff-Komplexen
- Charakterisierung der Adsorptionsprozesse
- Geoökologische Bewertung des Verhaltens der Aufheller im Boden
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einführung: Diese Einleitung stellt die Problemstellung dar, die sich mit dem Umweltverhalten von optischen Aufhellern beschäftigt und die Notwendigkeit ihrer Untersuchung im Kontext von Boden und Wasser begründet. Sie skizziert den Aufbau und die Zielsetzung der Arbeit und führt in die Thematik ein.
2. Optische Aufheller: Dieses Kapitel beschreibt die Eigenschaften, die Geschichte und die Verwendung von optischen Aufhellern, konzentriert sich auf DAS1 und DSBP, deren Fluoreszenz und Photoisomerisierung. Die toxikologischen Aspekte von DAS1 und DSBP werden ebenfalls behandelt, um das Verständnis ihrer potenziellen Umweltgefährdung zu fördern.
3. Umweltverhalten von DAS1 und DSBP: Hier wird das Umweltverhalten der beiden Aufheller im Detail beleuchtet. Es werden ihr Bindungsverhalten, Abbauprozesse, und ihr Verhalten in Boden, Kläranlagen und Gewässern sowie die ökotoxikologischen Auswirkungen untersucht, um ein umfassendes Bild ihres Einflusses auf die Umwelt zu zeichnen.
4. Analytik der Aufheller: Dieses Kapitel beschreibt die analytischen Methoden, die zur Bestimmung der Konzentration der optischen Aufheller in den verschiedenen Umweltproben verwendet wurden. Es wird detailliert auf die eingesetzten Verfahren und deren Genauigkeit eingegangen, um die Zuverlässigkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.
5. Grundlagen der Adsorption organischer Stoffe im Boden: Dieses Kapitel legt die theoretischen Grundlagen der Adsorption organischer Stoffe im Boden dar. Es werden verschiedene Adsorptionsmechanismen erläutert, sowie sorptionsrelevante Eigenschaften der Sorbate und Sorbente, inklusive Anionenadsorption, Sorptionskinetik und Adsorptionsisothermen. Dies dient als theoretische Basis für die Interpretation der experimentellen Ergebnisse.
6. Tonminerale: Dieses Kapitel beschreibt die Struktur und die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Tonmineralen, insbesondere Montmorillonit. Es werden Aspekte wie spezifische Oberfläche, Quellung, Flockung, Oberflächenladungen, Ionenaustausch und Reaktivität detailliert behandelt, um das Verständnis ihrer Rolle in der Adsorption von organischen Stoffen zu vertiefen.
7. Polysaccharide (Polyanionen): Das Kapitel behandelt die Eigenschaften von Polysacchariden als Polyanionen, ihre Bindungseigenschaften und ihre Rolle in Flockungsprozessen. Die Bedeutung von Polysacchariden als Bestandteil von Biofilmen wird ebenfalls erörtert, um deren Einfluss auf die Adsorption der Aufheller zu beleuchten.
8. Huminstoffe: Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die Eigenschaften und das Verhalten von Huminstoffen im Boden und deren Bedeutung für die Adsorptionsprozesse. Es dient als Grundlage für das Verständnis der Interaktionen zwischen Huminstoffen und Tonmineralen im Kontext der Adsorption der optischen Aufheller.
9. Versuchsdurchführung: Dieses Kapitel beschreibt detailliert die experimentelle Durchführung der Adsorptionsexperimente. Es werden die Herstellung der Aufhellerlösungen, der Tonlösungen und die Durchführung der Messungen am Photometer beschrieben, sowohl für Experimente mit Tonmineralen allein als auch mit Ton-Polymer- und Ton-Huminstoff-Komplexen. Die verschiedenen experimentellen Ansätze (pH-Wert, Salzzugabe) werden genau erläutert.
Schlüsselwörter
Optische Aufheller, DAS1, DSBP, Adsorption, Tonminerale, Montmorillonit, Polysaccharide, Huminstoffe, Boden, Umweltverhalten, Ökotoxikologie, Adsorptionisothermen, pH-Wert, Salzzugabe.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Diplomarbeit: Adsorption optischer Aufheller an Tonmineralen und tonorganischen Komplexen
Was ist der Gegenstand dieser Diplomarbeit?
Die Diplomarbeit untersucht die Adsorption der optischen Aufheller DAS1 und DSBP an Tonmineralen und tonorganischen Komplexen. Das Hauptziel ist es, das Umweltverhalten dieser Stoffe im Boden besser zu verstehen und die Einflussfaktoren auf ihre Bindung zu analysieren.
Welche Themen werden in der Arbeit behandelt?
Die Arbeit behandelt verschiedene Aspekte der Adsorption von optischen Aufhellern, darunter die Eigenschaften der Aufheller selbst (DAS1 und DSBP), ihr Umweltverhalten in Boden, Wasser und Kläranlagen, die relevanten analytischen Methoden, die theoretischen Grundlagen der Adsorption organischer Stoffe im Boden, die Eigenschaften von Tonmineralen (insbesondere Montmorillonit), Polysacchariden und Huminstoffen, sowie die experimentelle Durchführung und Auswertung der Adsorptionsexperimente.
Welche Aufheller stehen im Mittelpunkt der Untersuchung?
Die Arbeit konzentriert sich auf zwei spezifische optische Aufheller: DAS1 und DSBP. Die Eigenschaften, das Umweltverhalten und die Toxikologie dieser beiden Stoffe werden detailliert untersucht.
Welche Materialien werden als Adsorbentien untersucht?
Die Adsorption der optischen Aufheller wird an Tonmineralen, insbesondere Montmorillonit, sowie an komplexeren Systemen wie Ton-Polymer- und Ton-Huminstoff-Komplexen untersucht.
Welche Einflussfaktoren auf die Adsorption werden betrachtet?
Die Arbeit untersucht den Einfluss verschiedener Faktoren auf die Adsorption, darunter der pH-Wert und die Zugabe von Salzen.
Welche analytischen Methoden wurden verwendet?
Die Arbeit beschreibt die analytischen Methoden, die zur Bestimmung der Konzentration der optischen Aufheller in den verschiedenen Umweltproben verwendet wurden. Details zu den eingesetzten Verfahren und deren Genauigkeit werden gegeben, um die Zuverlässigkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.
Welche theoretischen Grundlagen werden behandelt?
Die Arbeit erläutert die theoretischen Grundlagen der Adsorption organischer Stoffe im Boden, inklusive verschiedener Adsorptionsmechanismen, sorptionsrelevanter Eigenschaften von Sorbaten und Sorbentien, Anionenadsorption, Sorptionskinetik und Adsorptionsisothermen.
Welche Rolle spielen Tonminerale, Polysaccharide und Huminstoffe?
Die Arbeit beschreibt die Eigenschaften von Tonmineralen (Struktur, physikalisch-chemische Eigenschaften, insbesondere von Montmorillonit), Polysacchariden (als Polyanionen, Bindungsverhalten, Rolle in der Flockung und in Biofilmen) und Huminstoffen (Eigenschaften und Verhalten im Boden, Bedeutung für Adsorptionsprozesse). Diese Komponenten spielen eine entscheidende Rolle im Adsorptionsprozess der optischen Aufheller.
Wie wurde die Versuchsdurchführung gestaltet?
Die Arbeit beschreibt detailliert die experimentelle Durchführung der Adsorptionsexperimente, inklusive der Herstellung von Lösungen, der Durchführung der Messungen und der verschiedenen experimentellen Ansätze (z.B. Variation des pH-Werts und der Salzzugabe).
Welche Ergebnisse werden präsentiert und diskutiert?
Die Arbeit präsentiert und diskutiert die Ergebnisse der Adsorptionsexperimente, wobei die gewonnenen Erkenntnisse im Kontext der theoretischen Grundlagen und des Umweltverhaltens der optischen Aufheller interpretiert werden.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit am besten?
Optische Aufheller, DAS1, DSBP, Adsorption, Tonminerale, Montmorillonit, Polysaccharide, Huminstoffe, Boden, Umweltverhalten, Ökotoxikologie, Adsorptionisothermen, pH-Wert, Salzzugabe.
- Quote paper
- Arne Heidel (Author), 2003, Adsorption optischer Aufheller aus Waschmitteln an Tonmineralen und tonorganischen Komplexen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/47336
