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Adsorption und Mobilisierung wasserlöslicher Kfz-emittierter Platingruppenelemente (Pt, Pd, Rh) an verschiedenen bodentypischen Mineralen

Adsorption und Mobilisierung wasserlöslicher Kfz-emittierter Platingruppenelemente (Pt, Pd, Rh) an verschiedenen bodentypischen Mineralen
Forschungsthema:Arbeitsfeld Urbane Geochemie
Betreuer:Prof. Dr. D. Stüben
Bearbeiter:Dr.Joulia Dikikh

Motivation

Mitte der achtziger Jahren wurde in Deutschland die Reinigung der Abgasen von Ottomotoren eingeführt. Ein Automobil-Katalysator besteht aus einem Trägerkörper aus Keramik und einer katalytischen Beschichtung, die die Edelmetalle Platin, Palladium und Rhodium enthält. Diese Edelmetalle katalysieren die Reaktionen, die zur Verminderung von Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (CmHn) und Stickoxiden (NOx) führen. Durch die Belastung des Katalysators werden Edelmetalle in die Umwelt freigesetzt.
Die ständig zunehmende Kraftfahrzeugzahl hat in den letzten Jahren zum Anstieg der Edelmetallkonzentrationen entlang der Autobahnen und stark befahrenen Straßen geführt. Viele Forscher, die im Bereich „Edelmetallimmission“ arbeiten, stellen Fragen zu Art, Größe und Menge der emittierten Platinmetalle, zur Bioverfügbarkeit, zur Aufnahme und Transfer in die Nahrungskette sowie zu ihrem toxikologischen und allergenen Potential. Eine entscheidende Rolle spielen dabei die Spezies (Bindungsformen) der Kfz-emittierten Platingruppenelementen (PGE) sowie ihre Reaktionen und Transformationen in der Umwelt.

Mit dieser Arbeit soll ein Beitrag zur Charakterisierung der in den Luft- und Straßenstäuben sowie im Boden auftretenden Kfz-emittierten PGE- Spezies geleistet werden.

   

Um PGE-Spezies zu charakterisieren, wird hier zunächst mit einer indirekten Methode, dem Säulenversuch, gearbeitet.

In Versuchsreihen wird das Bindungsvermögen verschiedener Mineralien für PGE untersucht. Hierbei wird das poröse Material, mit dem die Säule gefüllt ist, von der flüssigen Phase durchgeströmt. Die Säulenansätze werden sowohl mit verschiedenen Materialien; als auch mit verschiedenen Kombinationen der PGE-Kontamination und Lösungsmitteln durchgeführt.
Durch diese Kombinationen werden entsprechende Transformationen der freigesetzten Kfz-emittierten PGE-Spezies simuliert. Es sollen dabei ähnliche Transport-mechanismen, wie sie in der Natur herrschen, geschaffen werden.

  Säulenanlage (Höhe der Einzelsäule: 30 cm,
                          Durchmesser ca. 3.5 cm) 
 

Da die PGE in den umweltrelevanten Proben in sehr niedrigen Konzentrationen liegen und die Hauptelemente der Probe einen sehr starken Einfluss auf PGE-Bestimmung haben (Matrixeffekt), ist für die korrekte Analyse die Verminderung dieser Störungen nötig. Um dieses Problem zu lösen, werden Untersuchungen zur Matrixabtrennung durchgeführt. Eine dafür geeignete Methode ist die Ionenaustauschchromatographie. Sie gewährleistet gleichzeitige Abtrennung der analysierenden Metalle von der Matrix und ihre Anreicherung aus einem großen Volumen der Lösung in einer kleinen Ionenaustauscher-Menge, sowie die Trennung der Elementen in der Ionenaustauschersäulen.