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Main Title: Optimierung der biosorptiven Schwermetallentfernung unter Verwendung von immobilisierter Algenbiomasse
Translated Title: Optimization of the biosorptive Removal of Heavy Metals by Using immobilized Algae Biomass
Author(s): Wilke, Andreas
Advisor(s): Buchholz, Rainer
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: In dieser Arbeit wurde in Kooperation mit dem Institut für Lebensmittelchemie der TU Berlin ein Schwermetallscreening mit 30 taxonomisch bestimmten Algen oder Algenextraktionsrückständen für die Schwermetalle Blei, Cadmium, Nickel und Zink durchgeführt. Die Cyanophyceae Lyngbya taylorii wurde als Modellsystem für weitere Untersuchungen herangezogen, da sie sich durch hohe Beladungskapazitäten für die ausgewählten Schwermetalle, durch einfache Kultivierung bei vergleichsweise hoher Biomasseausbeute und als potentieller Wertstoffproduzent auszeichnet. Damit die Biomasse in Festbettreaktoren eingesetzt werden kann, muss zuvor eine Immobilisierung erfolgen, durch die Teilchen mit Durchmessern von 1-3 mm herstellbar sind. Diese als Biosorbentien oder Immobilisate bezeichneten Partikel wurden durch ein Vertropfungsverfahren unter Verwendung zweier Immobilisierungsmatrices hergestellt. In dieser Arbeit wurden die Immobilisierungssysteme Natriumcellulosesulfat-Polyethylenimin und Sulfoethylcellulose-Polyethylenimin auf ihre Eignung zur Herstellung von Biosorbentien untersucht und optimiert. In beiden Systemen konnte der Biomasseanteil in den Immobilisatpartikeln auf 75-76 % erhöht werden, wobei gleichzeitig die notwendige mechanische Stabilität zum Einsatz im Festbett aufrechterhalten werden konnte. Die Schüttdichte der Immobilisate wurde durch eine thermische Behandlung der Immobilisate deutlich gesteigert. Nach Optimierung der Partikelgröße, Charakterisierung der Immobilisate und Untersuchungen zum Einfluss von pH-Wert und Temperatur auf die Schwermetallsorption wurden die Sorptionsisothermen für die Schwermetalle Blei, Cadmium, Zink und Nickel aufgenommen und durch das Langmuir- bzw. das Freundlich-Adsorptionsmodell beschrieben. Selektivitätsuntersuchungen mit Schwermetallgemischen haben deutliche Unterschiede der untersuchten Immobilisierungssysteme aufgezeigt. Während Biosorbentien auf Basis von Natriumcellulosesulfat die Schwermetalle in der Selektivitätsreihenfolge Pb>>Ni>Cd>Zn aus Schwermetallgemischen sorbieren, ergibt sich bei Verwendung von Sulfoethylcellulose als Immobilisierungssystem ein verändertes Selektivitätsverhalten in der Reihenfolge Ni>Pb>>Zn, Cd. In Gegenwart von Calcium, Magnesium, Natrium und Kalium als Co-Ionen zeichnen sich Biosorbentien auf Basis von Natriumcellulosesulfat durch ihre hervorragende selektive Schwermetallaufnahme aus. Mehrfach zyklisch durchgeführte Wiederbeladungsversuche mit Blei(II) unter Verwendung der freien und immobilisierten Lyngbya taylorii zeigen, dass der Einsatz von verdünnter Salzsäure als Elutionsmittel zur vollständigen Regeneration nicht ausreicht. Anhand dieser Versuche konnte ebenfalls nachgewiesen werden, dass für die selektive Bleibindung neben dem Ionenaustausch auch andere Bindungsmechanismen wie Mikrofällung und Komplexierung eine wichtige Rolle spielen. Kinetische Untersuchungen hatten das Ziel, den Schwermetall-Diffusionskoeffizienten für den Transport durch die Membran und den effektiven Schwermetall-Diffusionskoeffizienten im Innern des Partikels unter Einschluss der Membran zu bestimmen. Sie bilden die Grundlage für weitere mathematische Beschreibungen des dynamischen Verhaltens in einer Festbettkolonne. Die Immobilisate auf der Grundlage von Natriumcellulosesulfat weisen eine hohe mechanische und chemische Stabilität auf, um im Kolonnenversuch zur Entfernung von Blei eingesetzt zu werden.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-3175
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/712
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-415
Exam Date: 17-Aug-2001
Issue Date: 17-Oct-2001
Date Available: 17-Oct-2001
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Biosorption
Immobilisierung
Mikroalgen
Schwermetalle
Selektivität
Biosorption
Heavy metals
Immobilization
Microalgae
Selektivity
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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