DE60002058T2

DE60002058T2 - Neues agropolymer zur reinigung von verunreinigtem oder mit metall oder ionen kontaminiertem wasser und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE60002058T2
Application number: DE60002058T
Authority: DE
Inventors: Yandapalli Durga Prasad
Original assignee: Bijam Biosciences Pvt Ltd
Current assignee: Bijam Biosciences Pvt Ltd
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: DE60002058D1; ZA200106991B; DK1171234T3; EP1171234A1; CN1138594C; WO2000050167A1; NZ513792A; PT1171234E; AU4609300A; EP1171234B1; CA2364173C; MXPA01008698A; RU2233199C2; KR100628792B1; BR0008970A; WO2000050167B1; IL145021A0; US6958232B2; US20050279712A1; UA73112C2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der landwirtschaftlichen Biotechnologie. Insbesondere betrifft die Erfindung ein neues Agropolymer, ein Verfahren zur Herstellung des Agropolymers aus beliebigen Pflanzenteilen wie Samenschalen, Hülsen, Spelzen oder Samenhüllen von Pflanzen, darunter auch landwirtschaftlichen Kulturpflanzen (Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.). Diese neuen Agropolymere sind industriell vielseitig anwendbar und eignen sich auch für die Behandlung von verunreinigtem Wasser.
Allgemeiner Stand der Technik
Viele metallchelatisierende Substanzen biologischen Ursprungs, wie Tannine, Huminsäure, Ganzzellbiomasse, Chitin und Chitinderivate, Metallothioneine, mikrobielle Polysaccharide, Melanine, polyphenolische Biopigmente, bakterielle Zellwandpolymere sowie von Mikroorganismen produzierte Chelatisierungsmittel (Siderophore) sind bereits bekannt. Diese oben genannten Substanzen sind jedoch entweder teuer, nicht in ausreichender Menge verfügbar und/oder nicht sehr wirksam. Andererseits wiederum wird zur Zeit mit dem Ziel, Agropolymere aus kostengünstig verfügbaren Pflanzenmaterialien, vorzugsweise landwirtschaftlichen Rohstoffen wie Samenschalen oder Hülsen landwirtschaftlicher Kulturpflanzen (Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Cigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.) zu produzieren, geforscht. Diese Agropolymere sind industriell vielseitig anwendbar.
Die vorliegende Erfindung ist bei Entwicklung der Produktion neuer Agropolymere, vorzugsweise aus den Samenschalen oder Hülsen landwirtschaftlicher Kulturpflanzen (Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.) und ihrer Anwendungen bei der Chelatisierung von Metallen und Entfernung von Ionen anwendbar.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, neue Agropolymere aus pflanzlichen Materialien, darunter den Samenschalen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen (Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.), zu erfinden. Die Erfindung soll auch der Entwicklung von realistischen Verfahren zur Herstellung von Agropolymeren und der Verwendung solcher Agropolymere bei der Chelatisierung oder Entfernung von Metallen und/oder Ionen dienen. Diese Agropolymere werden daher vorzugsweise aus den Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen hergestellt.
Aufgaben der Erfindung
Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht daher darin, nichttoxische biologisch abbaubare kostengünstig verfügbare hochwirksame Moleküle/Polymere biologischen Ursprungs aus landwirtschaftlichem Ausgangsmaterial für industrielle Anwendungen und für die Behandlung von verschmutztem Wasser zu erfinden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Herstellungsverfahren für Agropolymere aus Pflanzenmaterialien wie Samenschalen, Spelzen, Hülsen, Samenhüllen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen (Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.) zu entwickeln.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Polymer zu erfinden, das Umweltverschmutzung verringern wird, bei dem landwirtschaftlich gewonnene metall- und ionenchelatisierende Agropolymere, die aus den Samenschalen oder Hülsen landwirtschaftlicher Kulturpflanzen stammen, verwendet werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Entfernung von Schwermetallen und Ionen aus wäßrigen Lösungen mittels erfindungsgemäßen Agropolymeren bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bzw. eine Technik zur Verringerung von mit Metallen oder Ionen verunreinigtem Wasser bereitzustellen, um die Umwelt zu schützen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Umwandlung des toxische Metalle und/oder Ionen enthaltenden Wassers mittels von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen gewonnenen nichttoxischen Substanzen, bei denen es sich um biologisch abbaubare Substanzen handelt, in nichttoxisches, metall- und/oder ionenfreies Wasser umzuwandeln.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren zur Verringerung von Umweltverschmutzung bereitzustellen, bei dem landwirtschaftlich gewonnene metall- und ionenchelatisierende Agropolymere, die aus den Samenschalen oder Hülsen landwirtschaftlicher Kulturpflanzen stammen, verwendet werden.
Darstellung der Erfindung
Zur Lösung dieser sowie anderer Aufgaben stellt die vorliegende Erfindung ein neues Agropolymer bereit, das eine Kohlenhydrat- und/oder Silikamatrix enthält, die im wesentlichen frei von mindestens Proteinen, Tanninen, Pigmenten und Polyphenolen ist und reaktionsfähige Metallbindungsstellen aufweist, ein Verfahren zur Herstellung der Agropolymere sowie die Verwendung dieser Agropolymere zur Isolation oder Entfernung von Metallen oder Ionen aus wäßrigen Lösungen bereit, wie dies in den Ansprüchen 1, 7 und 21 definiert ist.
Genaue Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung soll nun genau beschrieben werden, um verschiedene hervorstehende Merkmale der Erfindung zu erläutern und zu beschreiben.
Das neue Agropolymer weist Metallbindungsstellen auf, die in eine Matrix des Agropolymers entweder durch Behandlung mit Alkali oder durch Behandlung mit Wasserstoffperoxid oder durch Behandlung mit alkalischem Wasserstoffperoxid eingebaut werden.
Die Matrix des Agropolymers stammt von beliebigen Pflanzenteilen wie Samenschalen, Samenhüllen, Hülsen und Spelzen. Die reaktionsfähigen Metallbindungsstellen (metallorganische Bindungen), die gemäß Infrarot(IR)-Spektroskopie durch Umsetzen der Agropolymere mit Metallen geschaffen wurden.
Die Agropolymere werden von Pflanzenmaterialien aus der Reihe der Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen (wie Samenschalen oder Hülsen von (Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mango, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.) erhalten, die metall- und ionenchelatisierenden Charakter aufweisen.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung von Agropolymeren aus einem Pflanzenmaterial wie Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen (Samenschalen oder Hülsen von Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.) bereit, das die folgenden Schritte umfaßt:

a. Pulverisieren des Samenschalen- oder Hülsenmaterials,
b. Mikronisieren des Samenschalen- oder Hülsenpulvers auf die erforderliche Größe in Mikron,
c. Behandeln des mikronisierten Samenschalen- oder Hülsenpulvers mit Alkali oder alkalischem Wasserstoffperoxid oder Wasserstoffperoxid,
d. Behandeln des Materials durch wiederholtes Waschen mit Wasser oder mit Säure, um Alkali- oder Wasserstoffperoxidreste zu entfernen,
e. Behandeln des Materials mit Säurelösung, um gebundene Metalle zu entfernen,
f. Neutralisieren der Moleküle durch Entfernen der Säure durch Waschen mit Wasser oder durch Zugabe einer verdünnten Alkalilösung und
g. Trocknen der erhaltenen Agropolymere bei Raumtemperatur oder mit einem Trockner (70– 80°C).

In einer anderen Ausführungsform wurde das Samenschalen- oder Hülsenmaterial mittels Mühlen pulverisiert und das Samenschalen- oder Hülsenpulver mittels einer Strahlmühle mikronisiert, um zu der gewünschten Teilchengröße (in Mikron) zu gelangen.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Alkalibehandlung mit Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid oder Natriumcarbonat oder durch Zugabe einer beliebigen Alkalilösung zu den Pflanzenmaterialien und/oder durch Zugabe von Wasserstoffperoxid zu dem Ansatz durchgeführt.
Eine Behandlung mit Wasserstoffperoxid (Konzentration 5 bis 30%) gemeinsam mit Alkali (1 bis 10 Gew.-%) führte zu Agropolymeren, die Metalle wirksam chelatisieren. Nach der Behandlung verbleibende Alkali- und/oder Wasserstoffperoxidreste wurden durch wiederholtes Waschen mit Wasser oder separat durch Zugabe von verdünnter Säure (wie zum Beispiel H₂SO₄, HCl oder HNO₃) entfernt.
Bei diesem Verfahren werden, falls in den Agropolymeren eventuell gebundene Metalle vorliegen, diese mit 1– 3%igen Säurelösungen (wie zum Beispiel H₂SO₄ oder HCl oder HNO₃) eluiert und eventuell vorhandene Säurereste, die noch zurückbleiben, werden durch wiederholtes Waschen mit Wasser oder durch Zugabe von verdünnter Alkalilösung (wie zum Beispiel NaOH oder KOH-Lösung) entfernt, und der verbleibende Feuchtigkeitsgehalt, der durch Abdekantieren des Überstands und anschließendes Trocknen in einem Trockner (70–80°C) und/oder Trocknen bei Raumtemperatur entfernt wird.
Die Behandlung mit Alkali ohne Wasserstoffperoxid ergibt ebenfalls Agropolymere, die Metalle chelatisieren, insbesondere zur Herstellung von Agropolymeren aus Getreide- und Hirsearten. Die mikronisierten Samenschalen oder Hülsen werden mit Alkali (wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid) vermischt. Die Behandlung mit Alkali wird entweder dadurch durchgeführt, daß man Alkalilösung zu dem mikronisierten Samenschalen- oder Hülsenpulver zugibt, oder dadurch, daß man Alkalipulver/Flocken direkt zu dem mikronisierten Samenschalen- oder Hülsenpulver zugibt und später Wasser zugibt. Die Behandlung mit Alkali setzt dunkle, bräunlich-gelbe Farbstoffe aus den Samenschalen oder Hülsen frei, die wasserlöslichen Charakter aufweisen. Bei einem niedrigeren Alkaligehalt (5–7,5%) ist eine längere Verweilzeit erforderlich, um diese dunklen bräunlich-gelben Substanzen aus den Samenschalen oder Hülsen zu entfernen, während bei einem höheren Alkaligehalt (20–25%iger Lösung) die dunklen bräunlich-gelben Substanzen innerhalb von 3–4 Stunden entfernt werden. Der Alkaligehalt wird durch wiederholtes Waschen mit Wasser oder durch Zugabe von Säurelösung (wie HCl oder H₂SO₄) entfernt. Die gebundenen Metalle werden von den erhaltenen Substanzen durch Behandeln mit Mineralsäuren, darunter Schwefelsäure, Salpetersäure oder Salzsäure (1–3%) entfernt. Das erhaltene Material wurde durch wiederholtes Waschen mit Wasser oder durch Zugabe der entsprechenden Menge 1 M Alkalilösung (wie zum Beispiel NaOH-, KOH-Lösung) neutralisiert. Nach der Entfernung des Überstands wird das Material bei Raumtemperatur oder in einem Trockner (70–80°C) getrocknet. Je geringer die Größe, desto besser ist die Fähigkeit, Metalle oder Ionen zu chelatisieren.
Die Agropolymerenausbeute hängt von der gewählten Größe und Vorgehensweise ab. Die Ausbeute an Agropolymeren geringerer Größe ist im Vergleich zur Ausbeute an großen Agropolymeren geringer. Die Produktionsverluste sind bei der Herstellung von Agropolymeren mit geringerer Größe höher. Auch das Ausgangsmaterial beeinflußt die Ausbeute an Agropolymer. Im allgemeinen wurde bei der Herstellung von Agropolymeren geringerer Größe eine Agropolymerenausbeute von ungefähr 30 bis 40% erzielt. Bei der Herstellung von größeren Agropolymeren (mit einer Größe von über 150 Mikron) wird eine Agropolymerenausbeute von ungefähr 75 bis 80% erzielt.
Bei dem vorliegenden Verfahren wird das Pflanzenmaterial mit Alkali und/oder Wasserstoffperoxid behandelt. Das Pflanzenmaterial kann mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelt werden, und in solch einem Fall kann die Behandlung mit Alkali vor der Behandlung mit Wasserstoffperoxid oder gemeinsam mit dem Wasserstoffperoxid oder nach der Behandlung mit Wasserstoffperoxid erfolgen. Bei der am stärksten bevorzugten Ausführungsform wird das Pflanzenmaterial gleichzeitig gemeinsam mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelt.
Die Flußdiagramme erläutern verschiedene Schritte/Stufen bei der Herstellung der Agropolymere.
Das mikronisierte Samenschalen- oder Hülsenpulver wird 5–6 Stunden lang mit Schwefelsäure oder Salzsäure (3–5%ig) behandelt und das erhaltene Material wies nach Entfernung der Säurereste metall- oder ionenchelatisierende Eigenschaften auf, wobei die Chelatisierungsfähigkeit im Vergleich zu mit dem oben beschriebenen Alkalibehandlungsverfahren hergestellten Agropolymeren weniger stark ausgeprägt war.
Eines der hervorstehenden Merkmale der Erfindung ist die Identifikation von in Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen (Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.) vorhandenen Agropolymeren.
Ein weiteres hervorstehendes Merkmal der Erfindung betrifft die Herstellung von Agropolymeren aus Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen. Zur Herstellung von Agropolymeren aus Samenschalen oder Hülsen (wie Samenschalen oder Hülsen von Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.) wurde das Verfahren der Behandlung mit alkalischem Wasserstoffperoxid entwickelt.
Die Agropolymere sind industriell vielseitig anwendbar. Sie lassen sich wirksam zur Bekämpfung von Umweltverschmutzung zum Schutz der Umwelt vor Verunreinigung mit Metallen oder Ionen verwenden. Die vielseitige Anwendbarkeit dieser Substanz ist ein wesentlicher Aspekt der Erfindung. Dementsprechend zielt die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von Agropolymeren aus, vorzugsweise, Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen ab.
Flußdiagramm des Verfahrens zur Herstellung von Agropolymeren
In einer weiteren Ausführungform der Erfindung stellt die Anmelderin Verfahren zur Behandlung von Metallen/Ionen bereit, bei denen die neuen erfindungsgemäßen Agropolymere verwendet werden.
Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Verhinderung von Umweltschädigung durch Verunreinigung mit Metallen und Ionen, bei dem aus Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen hergestellte Agropolymere verwendet werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von einer mit Metallen oder Ionen verunreinigten wäßrigen Lösung, darunter auch mit Metallen oder Ionen verunreinigtes Industrieabwasser, Grundwasser und Trinkwasser. Das Reinigungsverfahren wird mit einem neuen Agropolymer durchgeführt, das im Stande ist, Metalle, darunter auch Metalle wie organische, Quecksilber und dergleichen und/oder Ionen aus verunreinigtem Wasser zu chelatisieren. Letztlich besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Umwelt vor Verunreinigung mit Metallen oder Ionen zu schützen. Diese Aufgabe wird nicht auf dem Syntheseweg gelöst, sondern unter Verwendung natürlicher biologischer landwirtschaftlicher Rohstoffe, die in der Natur in großer Zahl vorkommen. Das hervorstehende Merkmal der Erfindung besteht in der Erfindung von Substanzen und der wirksamen Verwendung dieser Substanzen dadurch, daß sie in einer neuen Technik, bei der Metalle und/oder Ionen aus verunreinigtem Wasser herausgereinigt/chelatisiert werden, verwendet werden.
In der Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Entfernung von Metallen und Ionen aus wäßrigen Lösungen unter Verwendung von aus Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen (Samenschalen oder Hülsen von Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mango, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.) hergestellten Agropolymeren beschrieben. Viele Metalle, wie Eisen, Kupfer, Aluminium, Arsen, Quecksilber, Blei, Zink-Satz und Ionen lassen sich unter Verwendung des vorliegenden neuen Agropolymers aus einer wäßrigen Lösung entfernen.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die wirksame Verwendung von metall- und ionenchelatisierenden Agropolymeren aus den Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen. Die vorliegende Erfindung eignet sich für die Bekämpfung von Verunreinigung mit Metallen und Ionen unter Verwendung eines biotechnologischen Ansatzes für den Umweltschutz. Obwohl von vielen pflanzlichen Substanzen bekannt ist, daß sie sich für die Chelatisierung von Metallen eignen, konnten diese aufgrund vieler Faktoren, wie die Verfügbarkeit von Rohmaterialien und Produktionskosten, nicht im großen Maßstab industriell produziert werden. Viele metallchelatisierende Substanzen biologischen Ursprungs, wie Tannine, Huminsäure, Ganzzellbiomasse, Chitin und Chitinderivate, Metallothioneine, mikrobielle Polysaccharide, Melannine, polyphenolische Biopigmente, Bakterienzellwandpolymere und von Mikroorganismen hergestellte Chelatisierungsmittel (Siderophore) sind bereits bekannt. Nur sehr wenige Untersuchungen haben sich mit der Anwendbarkeit in praktischen Situationen befaßt. Da es sich hierbei um ein immer wichtiger werdendes Gebiet handelt, wurden experimentelle Untersuchungen zur Schaffung/Herstellung/Entwicklung eines praktisch anwendbaren Verfahrens für diese neue Art von Agropolymeren aus landwirtschaftlichen Ausgangsmaterialien durchgeführt, die in praktischen Situationen Anwendung finden soll.
Die Anmelderin hat nun ein Verfahren zur Verwendung von aus Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen stammenden, metall- und/oder ionenchelatisierenden Agropolymeren gefunden. Erfindungs gemäß sind daher die aus den Samenschalen oder Hülsen landwirtschaftlicher Kulturpflanzen hergestellten Agropolymere für die ordentliche Chelatisierung von Metall und/oder Ionen verantwortlich. Für die Verwendbarkeit von metall- und ionenchelatisierenden Agropolymeren aus den Samenschalen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen werden technisch durchführbare und wirtschaftlich realisierbare Verfahren entwickelt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von mit Metallen und Ionen verunreinigten/ belasteten wässrigen Lösungen, darunter auch mit Metallen oder Ionen verunreinigtem Trinkwasser oder Grundwasser, dadurch, daß verunreinigtes Wasser mit Agropolymeren oder mit metallimprägnierten Agropolymeren behandelt wird, wobei diese Agropolymere aus Pflanzenmaterialien wie Samenschalen, Spelzen oder Hülsen verschiedener landwirtschaftlicher Kulturpflanzen (Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.) hergestellt werden, wobei man bei diesem Verfahren das mit Ionen oder Metallen verunreinigte Wasser mit Agropolymeren und/oder mit metallimprägnierten Agropolymeren nach dem Säulen- oder Batch-Verfahren in Kontakt bringt, wobei die Ionen oder Metalle chelatisiert werden und man von Verunreinigungen freies Wasser erhält, wobei diese Chelatisierung unter Optimalbedingungen (wie pH-Wert) für eine maximale Chelatisierungswirkung durchgeführt wird.
So eignen sich diese Agropolymere, die aus Samenspelzen, Hülsen oder Schalen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen wie Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp., hergestellt werden und zur Absenkung von Metallen oder Ionen aus wäßrigen Lösungen vom ppm- in den ppb-Bereich fähig sind.
Die Erfindung sieht demgemäß auch ein Verfahren zur Behandlung einer von mit Metallen oder Ionen verunreinigten wäßrigen Lösung vor, wobei man bei diesem Verfahren das wie oben definierte verunreinigte Wasser mit den Agropolymeren (nach dem Säulen- oder Batch-Verfahren) in Kontakt bringt, wobei diese Substanzen aus biologischen/landwirtschaftlichen pflanzlichen Quellen (Samenschalen oder Hülsen aus Pflanzenmaterial aus der Reihe der landwirtschaftlichen Pflanzen wie Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.), gewonnen werden, und die zur Verringerung der Metall- und Ionenbelastung von verunreinigtem Wasser im ppm- und ppb-Bereich befähigt sind, wobei das metall- oder ionenhaltige Wasser durch in-Kontakt-bringen mit den Agropolymeren nach dem Säulen- oder Batch-Verfahren.
Weiterhin stellt die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von mit Metallen und/oder Ionen verunreinigtem Wasser bereit, wobei die Agropolymere von Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen (Samenschalen oder Hülsen von Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.) stammen. Die Agropolymere werden auch dort verwendet, wo die Möglichkeit besteht, daß Grundwasser mit toxischen Metallen verunreinigt ist. So wurde natürliches Grundwasser, das einen hohen Arsengehalt aufweist, mit den erfindungsgemäßen Agropolymeren behandelt, und die Ergebnisse zeigten, daß der Arsengehalt so stark reduziert wurde, daß das Wasser mit dem hohen Arsengehalt tatsächlich trinkbar gemacht wurde.
Kurze Beschreibung der beigelegten Zeichnungen
In den beigelegten Zeichnungen wurden Rohspelzen, Hülsen oder Schalen mikronisiert und die IR-Spektroskopie wurde mit einem KBr-Pellet durchgeführt. Proben wurden mit Eisen(III)-chlorid behandelt und getrocknet, bevor IR-Spektroskopie mit KBr-Pellet durchgeführt wurde. Die IR-Spektroskopie jeder beispielhaften Figur wurde auf dreierlei Weise durchgeführt, nämlich (1) Gesamt-Scanning: Wellenzahl 4000 bis 500 (cm-1), (2) Scanning bei Wellenzahlen von 4000 bis 2200 (cm-1) sowie (3) Scanning bei Wellenzahlen von 2000 bis 600 (cm-1).
1 zeigt IR-Spektren, die mit Reisrohspelzen erhalten wurden.
2 zeigt IR-Spektren, die mit mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Reisspelzen erhalten wurden.
3 zeigt IR-Spektren, die mit mit Eisen(III)-chlorid behandelten Reisrohspelzen erhalten wurden.
4 zeigt IR-Spektren von mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Reisspelzen, die anschließend mit Eisen(III)-chlorid behandelt wurden.
Wie aus den mit verschiedenen Reisspelzenproben erhaltenen IR-Spektren hervorgeht, führte die Behandlung der Reisspelzen mit alkalischem Wasserstoffperoxid zu mehr reaktionsfähigen Bindungen, d. h. metallorganischen Bindungen.
5 zeigt IR-Spektren, die mit Rohspelzen von Setaria italica erhalten wurden.
6 zeigt IR-Spektren, die mit mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Spelzen von Setaria italica erhalten wurden.
7 zeigt IR-Spektren, die mit mit Eisen(III)-chlorid behandelten Spelzen von Setaria italica erhalten wurden.
8 zeigt IR-Spektren von mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Spelzen von Setaria italica, die anschließend mit Eisen(III)-chlorid behandelt wurden.
Wie aus der oben beschriebenen IR-Spektroskopie der 5 bis 8 hervorgeht, wurden die stärker reaktionsfähigen metallorganischen Bindungen mit Eisen gebildet.
9 zeigt IR-Spektren, die mit mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Weizenspelzen erhalten wurden.
10 zeigt IR-Spektren von mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Weizenspelzen, die anschließend mit Eisen(III)-chlorid behandelt wurden.
Wie aus der IR-Spektroskopie der 9 und 10 hervorgeht, ergaben mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelte Spelzen von Weizen (Triticum sp.) viele metallorganische Bindungen, insbesondere signifikant bei Wellenzahlen von 2360 ± 10 und 2340 ± 10 (cm-1).
11 zeigt IR-Spektren von Spelzen von Panicum miliaceum.
12 zeigt IR-Spektren von mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Spelzen von Panicum miliaceum, die anschließend mit Eisen(III)-chlorid behandelt wurden.
Wie aus der IR-Spektroskopie der 11 und 12 hervorgeht, waren bei Wellenzahlen von 1600 bis 600 (cm-1) mehr metallorganische Bindungen vorhanden.
13 zeigt IR-Spektren von mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Hülsen von Baumwollsamen (Gossypium sp.).
14 zeigt IR-Spektren von mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Hülsen von Baumwollsamen (Gossypium sp.), die anschließend mit Eisen(III)-chlorid behandelt wurden.
Wie aus der IR-Spektroskopie von 13 und 14 hervorgeht, ergaben mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelte Hülsen von Baumwollsamen (Gossypium sp.) viele metallorganische Bindungen, insbesondere bei Wellenzahlen von 2360 ± 10 und 2340 ± 10 (cm-1).
15 zeigt IR-Spektren, die mit mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Samenschalen von Rizinus (Ricinus communis) erhalten wurden.
16 zeigt IR-Spektren von mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Samenschalen von Rizinus (Ricinus communis), die anschließend mit Eisen(III)-chlorid behandelt wurden.
Wie aus der IR-Spektroskopie von 15 und 16 hervorgeht, ergaben mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelte Samenschalen von Rizinus (Ricinus communis) viele metallorganische Bindungen.
17 zeigt IR-Spektren, die mit mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Samenschalen von Sonnenblumen (Helianthus annus) erhalten wurden.
18 zeigt IR-Spektren von mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Samenschalen von Sonnenblumen (Helianthuns annus), die anschließend mit Eisen(III)-chlorid behandelt wurden.
Wie aus der IR-Spektroskopie von 17 und 18 hervorgeht, ergaben mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelte Samenschalen von Sonnenblumen (Helianthus annus) viele metallorganische Bindungen.
19 zeigt IR-Spektren, die mit mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Samenschalen der Taubenbohne (Cajanus cajan) erhalten wurden.
20 zeigt IR-Spektren von mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Samenschalen der Taubenbohne (Cajanus cajan), die anschließend mit Eisen(III)-chlorid behandelt wurden.
Wie aus der IR-Spektroskopie von 19 und 20 hervorgeht, ergaben mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelte Samenschalen der Taubenbohne (Cajanus cajan) viele metallorganische Bindungen.
21 zeigt IR-Spektren, die mit mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Samenschalen der Flügelbohne (Vigna radiata) erhalten wurden.
22 zeigt IR-Spektren von mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Samenschalen der Flügelbohne (Vigna radiata), die anschließend mit Eisen(III)-chlorid behandelt wurden.
Wie aus der IR-Spektroskopie von 21 und 22 hervorgeht, ergaben mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelte Samenschalen der Flügelbohne (Vigna radiata) viele metallorganische Bindungen, insbesondere bei Wellenzahlen von 2360 ± 10 und 2340 ± 10 (cm-1).
23 zeigt IR-Spektren, die mit mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Samenschalen der Mungbohne (Vigna mungo) erhalten wurden.
24 zeigt IR-Spektren von mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelten Samenschalen der Mungbohne (Vigna mungo), die anschließend mit Eisen(III)-chlorid behandelt wurden.
Wie aus der IR-Spektroskopie von 23 und 24 hervorgeht, ergaben mit alkalischem Wasserstoffperoxid behandelte Samenschalen der Mungbohne (Vigna mungo) viele metallorganische Bindungen.
Die folgende genaue Beschreibung wird nun von der Anmelderin anhand von Beispielen und Erläuterungen der Erfindung bereitgestellt.
Die metallchelatisierende Eigenschaft von von Samenschalen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen (Samenschalen oder Hülsen von Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica) stammenden Agropolymeren. Wird eine ein Gramm schwere Agropolymerprobe in einen 1000-ml-Meßkolben vorgelegt und mit 20,0 ppm je einer Standard-Kupfer- und -Silberlösung bis zum Strich aufgefüllt und dann wird die Lösung in den Flaschen 2 Stunden lang unter regelmäßigem Schütteln aufbewahrt, dann wurde die Lösung filtriert und das in der Lösung vorhandene Kupfer und Silber wurde spektrophotometrisch bestimmt. Der Unterschied zwischen dem in der Lösung vor und nach Zugabe des Agropolymers vorhandenen Metallanteil zeigt die Fähigkeit des jeweiligen Agropolymers, Metalle zu absorbieren/chelatisieren, an. Wie in Tabelle 2 dargestellt, chelatisieren die Agropolymere Metalle wie Kupfer und Silber. Ein Gramm der Setaria-italica-Agropolymere absorbierte/chelatisierte 6,0 bzw. 4,1 Milligramm Kupfer bzw. Silber. Ein Gramm Panicum-miliaceum-Agropolymere chelatisierte 1,6 bzw. 2,5 Milligramm Kupfer bzw. Silber. Ein Gramm der Oryza-sativa-Agropolymere chelatisierte 4,5 bzw. 4,7 Milligramm Kupfer bzw. Silber.
Es liegt im Charakter der Agropolymere, einen höheren Metallanteil aus einer Lösung mit einer hohen Metallkonzentration zu absorbieren. Unter Ausnutzung dieser Eigenschaft wurden Agropolymere einen höheren Metallanteil in Lösungen mit hohen Metallkonzentrationen über längere Verweilzeiten hinweg (12–24 Stunden) absorbieren gelassen. Die Agropolymere wurden zu dem Metall gegeben (wie zum Beispiel zu eisen- oder aluminiumhaltigen Lösungen), und nicht gebundenes Metall wurde durch Waschen mit Wasser und/oder, falls das Reaktionsmedium einen sauren pH-Wert aufweist, durch Neutralisieren mit Alkali entfernt und das Material wurde später getrocknet. Das mit Metall imprägnierte Agropolymer wurde in ein Becherglas vorgelegt, 250 ml Wasser wurden zugegeben und es wurde gut gerührt, wonach das Agropolymermaterial auf ein Säulen-Verfahren aufgebracht wurde. Das in der Säule vorhandene Agropolymermaterial wurde mit 50 ml 1 N Säure gewaschen, um gebundenes Metall zu erhalten. Der Metallanteil in den Säurewaschflüssigkeiten wurde spektrophotometrisch ausgewertet. Tabelle 3 zeigt die an das Agropolymer gebundene Menge an Metallanteil an. Ein Gramm Setaria-italica-Agropolymer absorbierte (bei Behandeln mit Aluminiumchlorid) eine Aluminiummenge von 14,4 Milligramm. Ein Gramm Oryza-sativa-Agropolymer absorbierte (bei Behandeln mit Aluminiumsulfat) eine Aluminiummenge von 8,6 Milligramm. Ein Gramm Setaria-italica-Agropolymer absorbierte (bei Behandeln mit Eisen(III)-chlorid) eine Eisenmenge von 4,7 Milligramm.
In der folgenden Beschreibung wird nun die arsenchelatisierende Eigenschaft des Agropolymers erläutert. In diesem Versuch wurden Agropolymere, an die Kupfer, Zink und Eisen gebunden waren, getrennt zur Bestimmung der Arsenchelatisierung herangezogen.
Ein Gramm Agropolymer wurde zu 100 ml Lösung, die 6,6 ppm Natriumarsenat enthielt, gegeben und es wurde 3 bis 4 Stunden lang gut gerührt. Der im Überstand vorhandene Metallanteil wurde spektrophotometrisch bestimmt. Wie aus Tabelle 4 hervorgeht absorbierten metallimprägnierte Agropolymere Arsen aus wäßrigen Lösungen. Mit Kupfer, Eisen und Zink imprägnierte Setaria-italica-Agropolymere absorbierten ungefähr 73– 75 Prozent Arsen von einem anfänglichen Arsenanteil von 6,6 ppm.
Agropolymere, die nicht mit Metall imprägniert sind, absorbieren ebenfalls Arsen. Wie in Tabelle 5 dargestellt reduzierten Agropolymere den Arsenanteil aus natürlichem arsenhaltigen Wasser wesentlich.
In der folgenden Beschreibung wird die Eigenschaft des Agropolymers, Fluorid zu entfernen, beschrieben werden. Ein Agropolymer als solches kann keine Fluoridionen absorbieren, waren jedoch Metalle wie Aluminium an das Agropolymer gebunden, so kann das Agropolymer, an das Metalle gebunden sind, Fluoridionen in wesentlichem Ausmaß absorbieren. Agropolymere, an die Aluminiumsulfat gebunden ist, wurden zu einer Lösung, die 5 ppm Natriumfluorid enthielt, gegeben (1000 Milligramm mit Metall imprägniertes Agropolymer wurde zu 50 ml von 5 ppm Natriumfluorid gegeben.) Diese Agropolymere, an die Metall gebunden war, absorbierten 77,4 bzw. 90,87 Fluoridionen. Auf ähnliche Weise entfernten diese Agropolymere, an die Metall gebunden war, Fluoridionen aus natürlichem, fluoridhaltigem Wasser. Wurde ein natürliches Wasser mit einem Fluoridanteil von 4,15 ppm mit (1) mit Aluminiumchlorid imprägniertem Setaria-italica-Agropolymer und (2) mit Aluminiumsulfat imprägniertem Oryza-sativa-Agropolymer in einer Menge von 1 g pro Liter gemischt, so fand eine Fluoridionenentfernung in wesentlichem Ausmaß statt.
Die vorliegende Erfindung wird nun die wichtigen Parameter für die Metallchelatisierung und Elution gebundenen Metalls beschreiben. Die wirksame Verwendung der Substanzen hängt von einem für die Metallchelatisierung geeigneten pH-Wert ab. Die gebundenen Metalle in diesen Substanzen können mit Mineralsäuren, darunter Schwefelsäure, Salpetersäure oder Salzsäure, bei einem pH-Wert von 0,8–1,0 eluiert werden.
Ein hervorstehendes Merkmal der Erfindung ist die Identifikation der Eigenschaft der in Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen vorhandenen Agropolymeren, Metalle oder Ionen zu chelatisieren, sowie die Verwendung der Agropolymere bei der Behandlung von Wasser.
Ein weiteres hervorstehendes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß sich die Agropolymere für das Säulen-Verfahren oder Batch-Verfahren eignen und für die wiederholte Verwendung in vielen Zyklen bei der Entfernung oder Chelatisierung verschiedener Metalle vom ppm-Bereich in den ppb-Bereich eignen.
Es wurde gefunden, daß sich mit Metall imprägnierte Agropolymere bei der Chelatisierung von Fluoridionen und Absorption von Metallen wie Arsen eignen. Diese Fähigkeit der Substanzen, Chelate zu bilden, ist bei den meisten geprüften Metallen im neutralen pH-Bereich am höchsten. Die meisten der in diesen Substanzen (Agropolymeren) gebunden vorliegenden Metalle können mit Mineralsäuren, darunter Schwefelsäure, Salpeter säure und Salzsäure bei einem pH-Wert von 0,8–1,0 eluiert werden. Die Agropolymere eignen sich für die mehrfache Verwendung nach dem Säulen-Verfahren oder Batch-Verfahren und bilden einen wirtschaftlichen Vorteil.
Die Agropolymere sind industriell vielseitig anwendbar. Sie können wirksam zur Bekämpfung von Verunreinigung zum Schutz der Umwelt vor Belastung mit Metallen oder Ionen verwendet werden. Die vielseitige Anwendbarkeit dieser Substanz ist Gegenstand der Erfindung. Dementsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Entfernung von Metallen und Ionen von belastetem Wasser, entweder nach dem Säulen-Verfahren oder dem Batch-Verfahren, so daß die toxisch wirkenden Metalle und Ionen aus dem Wasser entfernt werden.
Es ist nun unerläßlich, die Ergebnisse der Erfindung der Anmelderin zusammenzufassen; diese Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen 1 bis 5 angegeben:
Tabelle 1 befaßt sich mit der Eigenschaft von von Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp. durch Behandlung mit alkalischem Wasserstoffperoxid stammenden Agropolymeren, Metalle (Eisen) zu chelatisieren. Eine Eisen(III)-chloridlösung wurde in einer Säule bei einer Durchflußgeschwindigkeit von 2 ml pro Minute durch ein Gramm Agropolymer durchfließen gelassen, und der gebundene Metallanteil wurde durch Elution mit 2–5%iger Salzsäure bestimmt. Vor der Elution wurde überschüssiges nichtgebundenes Metall von der Säule durch Waschen mit Salzsäure bei einem pH-Wert von 2,5 entfernt. Das gebundene Metall wurde spektrophotometrisch durch Reagenz bei 535 n.m. abgeschätzt.
Tabelle 2 beschreibt die Eigenschaft von von Samenschalen oder Hülsen mittels alkalischer Behandlung von Setaria italica, Panicum miiaceum und Oryza sativa stammenden Agropolymeren, Metalle zu chelatisieren, chelatisiertes Kupfer und Silber.
Tabelle 3 beschreibt die Imprägnierung von von Samenschalen oder Hülsen von Setaria italica und Oryza sativa stammenden Agropolymeren mit Metallen (Aluminium und Eisen).
Tabelle 4 beschreibt die Eigenschaft von mit Metall imprägniertem Agropolymer (mit Kupfer, Eisen, Zink imprägniertes, von Samenschalen oder Hülsen von Setaria italica stammendes Agropolymer), Arsen zu chelatisieren.
Tabelle 5 beschreibt die Eigenschaft von Agropolymeren, Arsen aus natürlichem, arsenhaltigem Wasser zu chelatisieren.
Die vorliegende Erfindung erläutert die Eigenschaft von mit Metall imprägnierten Agropolymeren (mit Aluminium imprägnierte, von Samenschalen oder Hülsen von Setaria italica und Oryza sativa stammende Agropolymere), Ionen (Fluorid) zu entfernen oder zu chelatisieren.
Die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung zeigen den Rahmen der Verwendung von Agropolymeren und mit Metall imprägnierten Agropolymeren bei der Verwendung in Affinitätssäulen zur Reinigung oder Bindung oder Entfernung oder Chelatisierung oder Reaktion mit reaktionsfähigen Substanzen auf, der sich für verschiedene industrielle Anwendungen (wie Verwendung dieser Agropolymeren bei der Herstellung von verschiedenen Derivaten wie biologisch abbaubaren Kunststoffen, Harzen) eignet, darunter die Verwendung von Agropolymeren zur Verringerung der Grundwasserverschmutzung durch Industrieabwässer, die Metalle und Ionen enthalten.
Tabelle 1 Eigenschaft von nach dem Verfahren der Behandlung mit alkalischem Peroxid hergestellten Agropolymeren, Metalle (Eisen) zu chelatisieren
Tabelle 2 Eigenschaft von nach dem Verfahren der Behandlung mit Alkali hergestellten Agropolymeren, Metalle zu chelatisieren
Tabelle 3 In mit Metallen imprägnierten, nach dem Verfahren der Behandlung mit Alkali hergestellten Agropolymeren vorliegender Anteil an gebundenen Metallen
Tabelle 4 Eigenschaft von mit Metall imprägnierten, nach dem Verfahren der alkalischen Behandlung hergestellten Agropolymeren, Arsen zu chelatisieren
Tabelle 5 Eigenschaft von Agropolymeren, Arsen aus natürlichem arsenhaltigem Wasser zu chelatisieren
Vorteile:
Die von Pflanzenmaterialien, vorzugsweise Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen (wie den Samenschalen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Pflanzen wie Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp.) erhaltenen, neuen Agropolymere sind nichttoxische biologisch abbaubare pflanzliche Materialien, die leicht zu entsorgen sind und relativ preisgünstig hergestellt werden können. Die Eigenschaften der Agropolymere erstreckt sich auf ihre Anwendbarkeit in Affinitätschromatographiesystemen als Materialien zur Entfernung oder Bindung oder Reinigung oder Reaktion durch Immobilisierung mit reaktionsfähigen Molekülen nach dem Säulenverfahren oder Batch-Verfahren sowie auf die Anwendbarkeit in der Herstellung von biologisch abbaubaren Kunststoffen, Kunstharzen, Trägermaterialien und dergleichen. Dieses wirtschaftlich realisierbare, technisch durchführbare Verfahren zur Herstellung von Agropolymeren eignet sich für den Umweltschutz, ist vielseitig in der Industrie anwendbar und verhilft außerdem dem Landwirt zu einem erhöhten Einkommen, da die Rohmaterialien landwirtschaftlichen Ursprungs sind.
Die neuen, vorzugsweise von Samenschalen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen stammenden, Agropolymere mit chelatisierten Metallen und Ionen sind fähig, die Metallbelastung vom ppm-Bereich in den ppb-Bereich abzusenken, und diese Substanzen lassen sich im Vergleich zu anderen von Pflanzen stammenden metallchelatisierenden Substanzen relativ preisgünstig herstellen.
Es folgt nun eine Zusammenfassung von einigen Vorteilen der vorliegenden Erfindung:

1. Die erfundenen Agropolymere sind natürlichen Ursprungs.
2. Das Verfahren zur Bekämpfung von Umweltverschmutzung, bei dem das Agropolymer verwendet wird, ist äußerst einfach.
3. Das Verfahren bzw. die Vorgehensweise zur Verhinderung von Umweltzerstörung, bei dem die Agropolymere verwendet werden, ist insofern wirksam, als sie fähig sind, die Metall- oder Ionenbelastung vom ppm-Bereich in den ppb-Bereich abzusenken. Man gelangt so zu nichtverunreinigtem Wasser ohne toxische Substanzen.
4. Die Agropolymere sind umweltfreundlich und biologisch abbaubar.
5. Das Verfahren zur Reinigung von verunreinigtem Wasser ist wirtschaftlich realisierbar und technisch durchführbar.

Claims

Agropolymer mit Kohlenhydrat- und/oder Silikamatrix aus Kulturpflanzen aus der Reihe Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp., wobei diese Matrix im wesentlichen frei von Proteinen, Tanninen und Polyphenolen ist und reaktionsfähige Metallbindungsstellen aufweist.
Agropolymer nach Anspruch 1, bei dem die Kohlenhydratmatrix aus Pflanzenteilen aus der Reihe Samenschalen, Samenhüllen, Hülsen, Spelzen und Rohspelzen erhalten wird.
Agropolymer nach Anspruch 1, bei dem die Rohspelzen mikronisiert werden und eine IR-Spektroskopie mit einem KBr-Pellet durchgeführt wird und die Proben mit Eisen(III)-chlorid behandelt und getrocknet werden, wobei diese Proben bei Untersuchung mittels IR-Spektroskopie reaktionsfähige Bindungen, d. h. metallorganische Bindungen, aufweisen.
Agropolymer nach Anspruch 1, bei dem mit IR-Spektroskopie untersuchte Triticum sp.-Spelzen im wesentlichen metallorganische Bindungen bei Wellenzahlen bei 2360 ± 10 und 2340 ± 10 (cm-1) aufweisen.
Agropolymer nach Anspruch 1, bei dem Gossypium sp.- und Vigna radiata-Schalen, die nach Behandlung mit alkalischem Wasserstoffperoxid mit einer mit einem KBr-Pellet durchgeführten IR-Spektroskopie untersucht wurden, im wesentlichen metallorganische Bindungen bei Wellenzahlen bei 2360 ± 10 und 2340 ± 10 (cm-1) aufweisen.
Agropolymer nach Anspruch 1, bei dem Schalen von Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Ricinus communis, Helianthus annus, die nach Behandlung mit alkalischem Wasserstoffperoxid mit einer mit einem KBr-Pellet durchgeführten IR-Spektroskopie untersucht wurden, metallorganische Bindungen, die für jedes Material charakteristisch sind, aufweisen.
Verfahren zur Herstellung von Agropolymeren mit Kohlenhydratmatrix aus landwirtschaftlichen Kulturpflanzen aus der Reihe Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp., wobei diese Matrix im wesentlichen frei von Proteinen, Tanninen und Polyphenolen ist und reaktionsfähige Metallbindungsstellen aufweist, das die folgenden Schritte umfaßt: a) Pulverisieren des Pflanzenmaterials, b) Mikronisieren des Pflanzenmaterials auf die erforderliche Größe in Mikron, c) Behandeln des mikronisierten Pflanzenmaterials mit Alkali oder alkalischem Wasserstoffperoxid oder Wasserstoffperoxid, d) Behandeln des Materials durch wiederholtes Waschen mit Wasser oder mit Säure, um Alkali- oder Wasserstoffperoxidreste zu entfernen, e) Behandeln des Materials mit Säurelösung, um gebundene Metalle zu entfernen, f) Neutralisieren der Moleküle durch Entfernen der Säure durch Waschen mit Wasser oder durch Zugabe einer verdünnten Alkalilösung und g) Trocknen der erhaltenen Agropolymere bei Raumtemperatur oder mit einem Trockner (70–80°C).
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Pflanzenmaterial durch Mahlen mit Mühlen pulverisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Samen-, Spelzen- und Schalen- oder Hülsenpulver mit einer Strahlmühle mikronisiert wird, um zu einer gewünschten Teilchengröße (in Mikron) zu gelangen.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Pflanzenmaterial aus der Gruppe Samenschalen, Spelzen oder Hülsen von Kulturpflanzen stammt.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Alkalibehandlung mit Natriumcarbonat und anschließend Wasserstoffperoxid durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Alkalibehandlung durch Zugabe der Alkalilösung zu den Agropolymeren durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Alkalibehandlung dadurch durchgeführt wird, daß man Alkalipulver/-flocken direkt im trockenen Zustand zu den Agropolymeren zugibt, wonach man Wasser zugibt.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die restliche Alkali- und/oder Peroxidmenge nach der Behandlung durch wiederholtes Waschen mit Wasser entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die restliche Alkali- und/oder Peroxidmenge nach der Behandlung separat durch Zugabe von verdünnter Säure (wie zum Beispiel H₂SO₄, HCl oder HNO₃) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die in den Agropolymeren vorhandenen gebundenen Metalle mit 1–3%igen Säurelösungen (wie H₂SO₄, HCl oder HNO₃) eluiert werden.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem Säurereste durch wiederholtes Waschen mit Wasser entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem Säurereste durch Zugabe von verdünnten Alkalilösungen (wie NaOH oder KOH) entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Feuchtigkeitsgehalt nach Abdekantieren des Überstands durch Trocknen in einem Trockner (70–80°C) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Feuchtigkeitsgehalt nach Abdekantieren des Überstands durch Trocknen bei Raumtemperatur entfernt wird.
Verfahren zur Reinigung von mit Metallen und Ionen verunreinigten/belasteten wäßrigen Lösungen, darunter auch mit Metallen oder Ionen verunreinigtem Trinkwasser oder Grundwasser, dadurch, daß man das verunreinigte Wasser mit mit Metall imprägnierten Agropolymeren und/oder Agropolymeren mit einer Kohlenhydrat- und/oder Silikamatrix, wobei diese Matrix im wesentlichen frei von Proteinen, Tanninen und Polyphenolen ist und reaktionsfähige Metallbindungsstellen aufweist, behandelt, wobei diese Agropolymere aus Pflanzenmaterialien wie Samenschalen, Spelzen oder Hülsen von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen aus der Reihe Oryza sativa, Panicum miliaceum, Setaria italica, Cajanus cajan, Vigna mungo, Vigna radiata, Triticum sp., Ricinus communis, Helianthus annus, Gossypium sp., Arachis sp. hergestellt werden, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt, daß man das mit Ionen oder Metallen verunreinigte Wasser mit mit Metall imprägnierten Agropolymeren und/oder Agropolymeren nach dem Säulen- oder Batch-Verfahren in Kontakt bringt, wobei die Ionen oder Metalle chelatisiert werden und man von Verunreinigungen freies Wasser erhält, wobei diese Chelatisierung unter Optimalbedingungen für eine maximale Chelatisierungswirkung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Agropolymere Metallionen aus wäßrigen Lösungen entfernen.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Agropolymere Arsen aus wäßrigen Lösungen entfernen.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das mit Ionen oder Metallen verunreinigte Wasser mit Agropolymeren oder mit mit Metall imprägnierten Agropolymeren nach dem Batch- oder Säulenverfahren in Kontakt gebracht wird, wobei die Chelatisierung der Ionen oder Metalle zu von Verunreinigungen freiem Wasser führt, wobei diese Chelatisierung unter Optimalbedingungen für eine maximale Chelatisierungswirkung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Agropolymere zur Behandlung von natürlichem Grundwasser mit einem hohen Gehalt an toxischen Metallen wie Arsen oder Quecksilber verwendet werden, wodurch man im wesentlichen reines Wasser oder Trinkwasser erhält.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Agropolymere zur Verhinderung einer möglichen Verunreinigung des Grundwassers durch unerwünschte Metalle und/oder Ionen an vielen Industriestandorten bzw. bei vielen Kläranlagen verwendet werden.