![]() |
| Das Dokument ist frei verfügbar |
|
| | Nachweis | Kein Nachweis verfügbar |
|
| Emerging organic persistent and mobile (PM) micropollutants can survive the conventional water treatment barriers and end up as hazards in drinking water. Activated carbon (AC) adsorption is one of the prevailing strategies in modern wastewater treatment facilities which shows satisfying removal ability for non-polar organic compounds yet not for many highly hydrophilic PM substances. Knowledge in the adsorption drivers for traditional nonpolar organic micropollutants urgently needs to be updated for polar neutral ionizable and ionic compounds taking into account the additional adsorbent/adsorbate interactions. In the scale of this dissertation we investigated the effect of surface chemical modification (i.e. surface defunctionalization and surface oxidation) and electric polarization of AC felts on the adsorption behaviors of seven environmentally relevant PM contaminants representing polar neutral cationic and anionic compounds. Surface defunctionalization was found to provide a universal strategy to improve the AC adsorption efficiency for all probed PM types while additional electric polarization can further broaden the flexibility in regulating the uptake and release of charged PM compounds. The electro-assisted ad-/desorption of PM molecules with promising enrichment effects estimated from the batch and flow experiments as well as long-term stability (>20 days 5 cycles) was proven which proposes a facile green in-situ AC regeneration compared to the state-of-the-art off-site hightemperature regeneration approach. Moreover we showcased a membrane-free singlechannel flow unit using two AC electrodes carrying different surface chemistries for an effective removal of highly polar trifluoroacetate from tap water. Our findings shall inspire the next-generation design of adsorbent materials and (electro-)sorptive processes to treat water contaminated by emerging PM substances. | |
| Neu auftretende organische persistente und mobile (PM) Mikroverunreinigungen können die Schadstoffbarrieren in konventionellen Wasserbehandlungsanlagen leicht überwinden und sogar die Qualität des Trinkwassers beschädigen. Adsorption an Aktivkohle (AK) ist eine der etablierten Technologien in modernen Wasseraufbereitungsanlagen. Damit können unpolare organische Verbindungen weitgehend entfernt werden jedoch bleiben dabei hydrophile PM-Substanzen unberührt. Die Kenntnisse über die Treiber zur Adsorption unpolarer Verbindungen müssen für die Klasse der polaren Verbindungen - neutrale ionisierbare und ionische Verbindungen - erweitert werden wobei zusätzliche Adsorbens-Adsorbat-Wechselwirkungen zu berücksichtigen sind. Im Rahmen dieser Dissertation untersuchten wir die Auswirkungen von chemischen Modifizierungen der AK-Oberfläche (Defunktionalisierung und Oxidation) und der elektrischen Polarisierung von AK-Filzen auf das Adsorptionsverhalten von sieben relevanten PM-Schadstoffen die neutrale kationische und anionische Verbindungen repräsentieren. Wir haben herausgefunden dass die Oberflächendefunktionalisierung eine universelle Strategie zur Verbesserung der AK-Adsorptionseigenschaften für alle untersuchten PM-Verbindungen darstellt. Eine zusätzliche elektrische Polarisierung ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Steuerung der Adsorption und Desorption ionischer Verbindungen. Die potenzialunterstützte Ad- und Desorption ermöglicht die Aufkonzentrierung von PM-Schadstoffen in vielfach kleineren Wasservolumina. In Batch- und Durchflussexperimenten wurde die Stabilität (>20 Tage 5 Zyklen) der Elektrosorptionsfilter gezeigt. Die Methode ermöglicht eine einfache und umweltfreundliche In-situ-Regenerierung der AK-Filter. Darüber hinaus stellen wir eine membranfreie Ein-Kanal-Durchflusseinheit mit zwei verschiedenen oberflächenmodifizierten AK-Eektroden zur effektiven Entfernung von schweren eliminierbareren PM-Schadstoff Trifluoracetat (TFA) vor. Zusammenfassend sollen unsere Ergebnisse die nächste Generation von kohlenstoffbasierten Adsorptionsmaterialien und die Entwicklung von Elektrosorptionsprozessen zur Wasserreinigung insbesondere mit Blick auf neue PM-Substanzen voranbringen. |
|
|