Ziel dieser Arbeit ist die Abtrennung von monovalenten Anionen wie Chlorid, Fluorid, Bromid und Nitrat aus hochkonzentrierten alkalischen wässrigen Lösungen, die als Matrix zweiwertigen Anionen (Carbonat und Sulfat) besitzen. Nach Auswertung der Literatur eignen sich vor allem die Verfahren Ionenaustausch und Nanofiltration für diesen Zweck. Die untersuchten Ionenaustauscher weisen eine geringe Selektivität für die einwertigen Anionen auf, so dass die für einwertige Anionen nutzbare Kapazität mit steigendem Gehalt an zweiwertigen Anionen sinkt. Dabei steigt die Kapazität in der Reihenfolge Fluorid→Chlorid→Bromid→Nitrat. Die beobachteten Selektivitäten bei der Nanofiltration steigen in der gleichen Reihenfolge, wobei die Trennrate zwischen ein- und zweiwertigen Anionen vom Membrantyp abhängt. Es konnte ein Zusammenhang zwischen den Kapazitäten der untersuchten stark basischen Anionenaustauscher für monovalente Anionen und den Rückhalten für diese Anionen bei den Nanofiltrationsmembranen mit den Ionenhydratationsparametern festgestellt werden.

Es wurde die sorptive Bindung von in Wasser gelösten Schadstoffen an der Oberfläche von cellulose- und stärkehaltigen Naturstoffen untersucht. In einem umfangreichen Screening wurde die Aufnahme von Schwermetallionen durch Ionenaustausch sowie von organischen Verbindungen durch Adsorption nachgewiesen. Die mathematische Beschreibung der Sorptionsvorgänge erfolgte durch Langmuir- und Freundlich-Isothermen. Durch chemische Modifikationen der Cellulosematrix wurde eine weitere Steigerung der Sorptionskapazitäten angestrebt. Der Einbau von phosphorhaltigen funktionellen Gruppen in verschiedene cellulosebasierte Naturstoffe erbrachte eine deutliche Erhöhung der Schwermetallbeladungen. Die Praxistauglichkeit der Sorbentien wurde in Durchbruchsversuchen mit synthetischen und realen Abwässern nachgewiesen, wobei sowohl native als auch chemisch modifizierte Stoffe einzeln und in Kombinationen zum Einsatz kamen.

In der vorliegenden Arbeit wird die Herstellung und Charakterisierung von partiell porösen Materialien auf der Grundlage von Ionenaustausch und Phasenseparation in Alkaliborosilicatgläsern beschrieben. Ausgehend von einem homogenen Natriumborosilicatglas wird durch den Austausch von Natrium gegen Lithium das Glas teilweise in die Mischungslücke überführt und so zur Phasenseparation befähigt. Es werden zwei möglich Prozessrouten beschrieben, bei der einerseits die Prozesse Ionenaustausch und Phasenseparation getrennt voneinander und andererseits parallel ablaufen. Sowohl der Ionenaustausch als auch die Phasenseparartion werden gesondert untersucht und die wesentlichen Einflussfaktoren Temperatur und Dauer der Prozesse auf die resultierende Porenstruktur und Porenweite diskutiert. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Extraktion der phasenseparierten Schichten gelegt und der Einfluss der Extraktionsbedingungen auf die Stabilität der Materialien untersucht. Es wird eine Verfahrensprozedur entwickelt, mit der es möglich ist sowohl die Porenweite als auch die erzielbare Dicke der porösen Schicht unabhängig voneinander einzustellen. Die Untersuchung des Ionenaustauschs erfolgt gravimetrisch, mit ICP-OES und mittels REM-EDX. Die Charakterisierung der porösen Schichten erfolgt mit Stickstofftieftemperaturadsorption, Quecksilberporosimetrie, REM und Positronenlebensdauerspektroskopie. Mit den untersuchten Bedingungen können mesoporöse Schichten (10-50 nm Porenweite) mit einer ungeordneten Durchdringungsstruktur erzeugt werden, wobei die Schichtdicke im Bereich zwischen 1 und 60 mm variabel ist. In den anwendungsorientierten Untersuchungen wird das entwickelte Verfahrensprinzip auf die Herstellung von Core-Shell-Kugeln erfolgreich übertragen. Weiterhin wird gezeigt, dass durch eine pseudomorphe Transformation zu MCM-41 die Oberfläche der porösen Schicht deutlich vergrößert werden kann und auf diesem Wege geordnete Porensysteme als Schicht sowie Poren kleiner 10 nm zugänglich sind. Der Nachweis der MCM-41 Strukturen erfolgt über Röntgenkleinwinkelstreuung.

Es wurde die sorptive Bindung von in Wasser gelösten Schadstoffen an der Oberfläche von cellulose- und stärkehaltigen Naturstoffen untersucht. In einem umfangreichen Screening wurde die Aufnahme von Schwermetallionen durch Ionenaustausch sowie von organischen Verbindungen durch Adsorption nachgewiesen. Die mathematische Beschreibung der Sorptionsvorgänge erfolgte durch Langmuir- und Freundlich-Isothermen. Durch chemische Modifikationen der Cellulosematrix wurde eine weitere Steigerung der Sorptionskapazitäten angestrebt. Der Einbau von phosphorhaltigen funktionellen Gruppen in verschiedene cellulosebasierte Naturstoffe erbrachte eine deutliche Erhöhung der Schwermetallbeladungen. Die Praxistauglichkeit der Sorbentien wurde in Durchbruchsversuchen mit synthetischen und realen Abwässern nachgewiesen, wobei sowohl native als auch chemisch modifizierte Stoffe einzeln und in Kombinationen zum Einsatz kamen.

Ziel dieser Arbeit ist die Abtrennung von monovalenten Anionen wie Chlorid, Fluorid, Bromid und Nitrat aus hochkonzentrierten alkalischen wässrigen Lösungen, die als Matrix zweiwertigen Anionen (Carbonat und Sulfat) besitzen. Nach Auswertung der Literatur eignen sich vor allem die Verfahren Ionenaustausch und Nanofiltration für diesen Zweck. Die untersuchten Ionenaustauscher weisen eine geringe Selektivität für die einwertigen Anionen auf, so dass die für einwertige Anionen nutzbare Kapazität mit steigendem Gehalt an zweiwertigen Anionen sinkt. Dabei steigt die Kapazität in der Reihenfolge Fluorid→Chlorid→Bromid→Nitrat. Die beobachteten Selektivitäten bei der Nanofiltration steigen in der gleichen Reihenfolge, wobei die Trennrate zwischen ein- und zweiwertigen Anionen vom Membrantyp abhängt. Es konnte ein Zusammenhang zwischen den Kapazitäten der untersuchten stark basischen Anionenaustauscher für monovalente Anionen und den Rückhalten für diese Anionen bei den Nanofiltrationsmembranen mit den Ionenhydratationsparametern festgestellt werden.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung funktionalisierter Cellulose-Tiefenfilterschichten. Dazu werden kommerzielle Kationenaustauscher in einer Kugelmühle nass zerkleinert und bei der Herstellung in die Tiefenfilterschichten eingebettet. Die mechanischen Eigenschaften und das Filtrationsverhalten dieser Schichten sind vergleichbar mit kommerziellen Produkten. Der maximale, technisch einsetzbare Masseanteil an Ionenaustauscher beträgt dabei ca. 40 %. In Durchströmungsversuchen wird die Funktion der eigesetzten Partikel innerhalb der Cellulose-Matrix untersucht. Die Adsorptionskinetik kann mit Hilfe eines in der Arbeit weiterentwickelten Modells nach Langmuir beschrieben werden. Für die Austauschkinetik wird auf der Basis dieses Modells eine abweichende Gesetzmäßigkeit ermittelt. Zudem wird eine Anlagen-Auslegung zur maximalen Kapazitätsausnutzung für einen Adsorptionsprozess vorgestellt.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung funktionalisierter Cellulose-Tiefenfilterschichten. Dazu werden kommerzielle Kationenaustauscher in einer Kugelmühle nass zerkleinert und bei der Herstellung in die Tiefenfilterschichten eingebettet. Die mechanischen Eigenschaften und das Filtrationsverhalten dieser Schichten sind vergleichbar mit kommerziellen Produkten. Der maximale, technisch einsetzbare Masseanteil an Ionenaustauscher beträgt dabei ca. 40 %. In Durchströmungsversuchen wird die Funktion der eigesetzten Partikel innerhalb der Cellulose-Matrix untersucht. Die Adsorptionskinetik kann mit Hilfe eines in der Arbeit weiterentwickelten Modells nach Langmuir beschrieben werden. Für die Austauschkinetik wird auf der Basis dieses Modells eine abweichende Gesetzmäßigkeit ermittelt. Zudem wird eine Anlagen-Auslegung zur maximalen Kapazitätsausnutzung für einen Adsorptionsprozess vorgestellt.