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Nitrat Katalysatoren spalten Nitrat im Trinkwasser auf

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Katalysatoren aus zwei unterschiedlichen Metallen können helfen, schädliche Nitrate im Trinkwasser abzubauen. Durch Forschungen an der TU Wien kann dieser Prozess nun erstmals im Detail verstanden werden.

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Zwei unterschiedliche Metalle sorgen für sauberes Wasser. (Bild: TU Wien)
Zwei unterschiedliche Metalle sorgen für sauberes Wasser. (Bild: TU Wien)

Wien/Österreich – Nitrate sind ein ernstes Problem für unser Trinkwasser. Durch Überdüngung in der Landwirtschaft kann ihre Konzentration im Wasser auf ein gesundheitsgefährdendes Niveau ansteigen. Nitrate können die Krebsrate erhöhen oder tödliche Herzfehler bei Kindern auslösen („Blue Baby Syndrome“). Am Institut für Materialchemie der TU Wien wird eine Möglichkeit erforscht, die schädlichen Substanzen einfach und rasch wieder aus dem Wasser zu entfernen: Durch spezielle Katalysatoren sollen die Nitrate in molekularen Stickstoff und Wasser umgewandelt werden. Wie dieser Ablauf genau vor sich geht, konnte nun in spektroskopischen Untersuchungen untersucht werden.

Zwei Metalle gegen Nitrat

In der Trinkwasseraufbereitung oder in der Abwasserklärung werden Nitrate heute hauptsächlich auf biologische Weise aus dem Wasser entfernt: Man verwendet Bakterien, die das Nitrat abbauen. Allerdings brauchen diese Bakterien konstante Umgebungsbedingungen um zuverlässig arbeiten zu können. Karin Föttinger vom Institut für Materialchemie untersucht ganz andere Methoden der Wasser-Denitrierung: Sie verwendet bimetallische Katalysatoren – Kombinationen aus einem edlen und einem unedlen Metall. „In Spanien gibt es bereits erste Wasseraufbereitungsanlagen, in denen diese Methode in großem Maßstab angewandt wird“, sagt Karin Föttinger. Allerdings ist man bei dieser Technologie bis heute eher auf Versuch und Irrtum angewiesen, viele Details der beteiligten chemischen Reaktionen werden nämlich jetzt erst genau untersucht.

Nitrat abbauen, molekularen Stickstoff und Wasser erzeugen

Die Metalle bringt man als Nanopartikel auf einen Träger auf, um die aktive Oberfläche möglichst groß werden zu lassen. Verwendet wird Kupfer und ein Edelmetall – entweder Palladium oder Platin. „Wichtig ist, dass die beiden Metalle in engen Kontakt gebracht werden“, erklärt Föttinger, „am besten in Form einer Legierung.“ Das Kupfer wird aufoxidiert – es holt sich Sauerstoffatome des Nitrats (NO3), das damit zu Nitrit (NO2) umgewandelt wird. Gleichzeitig wird molekularer Wasserstoff (H2) dazugeleitet, der vom Edelmetall aktiviert wird. Dadurch wird das Nitrit schließlich am Edelmetall weiterreduziert. „Die einzelnen Teilprozesse müssen so abgestimmt werden, dass als Endprodukt Stickstoff und Wasser entsteht“, erklärt Karin Föttinger. Der Prozess darf nicht an einem Punkt stehenbleiben, an dem noch schädliches Nitrit vorhanden ist, er darf aber auch nicht so weit getrieben werden, dass sich der Stickstoff am Ende mit zu viel Wasserstoff verbindet und Ammonium (NH4) entsteht.

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