WO2019166442A1 - Verwendung von alkyltrichlorsilanen und/oder silsesquioxanen zur entfernung von mikroplastik-partikeln aus wasser und/oder einem gewässer - Google Patents

Verwendung von alkyltrichlorsilanen und/oder silsesquioxanen zur entfernung von mikroplastik-partikeln aus wasser und/oder einem gewässer Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to the use of alkyltrichlorosilanes and / or silsesquioxanes for the removal of microplastic particles from water and / or a body of water and / or for the purification of water and / or a body of water, a method for removing microplastic particles from water and / or a body of water and / or for the purification of water and / or a body of water, an inclusion and / or incalculation compound, a kit for the removal of microplastic particles from water and / or a body of water and / or for the purification of water and / or water as well as a water treatment plant.
  • microparticles are potential carriers of pollutants and bacteria which may also possess pathogenic properties.
  • the particle removal in sewage treatment plants takes place individually.
  • the removal of particles with a diameter or a size> 5 mm is usually carried out by means of rake and sand trap.
  • the situation is different with particles which are present in low concentrations and in a size range ⁇ 5 mm, in particular in a size range from 0.01 gm to 1 gm, since these are generally uncharged and therefore do not tend to form ionic interactions.
  • the invention therefore has the object of providing compounds which allow the removal of microplastic particles from water and / or waters and thus the purification of water and / or waters. Furthermore, the invention has the object to provide a corresponding method, an inclusion compound, a kit and a water treatment plant.
  • the invention relates to the use of an alkyltrichlorosilane of the formula I below
  • R is an alkyl group
  • Si is a silicon atom
  • Cl is a chlorine atom
  • the invention according to a first aspect relates to the use of a silsesquioxane, preferably a cage-shaped silsesquioxane, the following formula II
  • R is an alkyl group, Si is a silicon atom, O is an oxygen atom and n is an integer, for the removal of microplastic particles from water, in particular wastewater and / or process water and / or leachate and / or drinking water, and / or a body of water and / or for the treatment, in particular purification, of water, in particular waste water and / or process water and / or leachate and / or drinking water, and / or a body of water.
  • an alkyltrichlorosilane for the purposes of the present invention may mean an alkyltrichlorosilane (singly) or a plurality, in particular a mixture, of different alkyltrichlorosilanes.
  • a silsesquioxane for the purposes of the present invention may mean a silsesquioxane (singular) or a plurality, in particular a mixture, of different silsesquioxanes.
  • microplastic particles is understood to mean plastic particles or plastic particles which comprise a plastic or a combination, in particular a mixture (blend), of plastics or of a plastic or a combination, in particular a mixture (Blend), consist of plastics and have a diameter, in particular average diameter, from 100 nm to 5 mm.
  • blend mixture
  • Blend mixture
  • large microplastic particles is to be understood as meaning plastic particles or plastic particles having a diameter, in particular a mean diameter, of greater than 1 mm to 5 mm.
  • small microplastic particles is to be understood as meaning plastic particles or plastic particles having a diameter, in particular a mean diameter, of from 100 nm to 1 mm.
  • water is intended to mean any form of water, as a rule of liquid water, and / or any form of aqueous liquid, i. a liquid containing water, understood.
  • aqueous liquid i. a liquid containing water
  • the water in the sense of the present invention can be waste water and / or process water and / or leachate and / or drinking water.
  • the term "wastewater” is understood to mean a water contaminated by use or altered in its properties or its composition. According to the invention, greywater and / or rainwater and / or black water and / or yellow water and / or brown water and / or precipitation water and / or extraneous water, for example, resulting from structural damage, which enters the sewage system, are to be understood hereunder.
  • greywater is intended to be used for sewage-free, slightly polluted wastewater, as occurs, for example, when showering, bathing or washing hands, but also comes from the washing machine, and Treatment for service or service water can serve to be understood.
  • drainwater is understood to mean previously evaporated water from precipitation in liquid form, the rain.
  • black water is understood (in accordance with ISO 6107-7: 1997) to mean domestic wastewater without greywater containing fecal solids.
  • yellow water is understood to mean urine and urine with rinsing water.
  • brown water should be understood to mean wastewater containing only feces, rinsing water and toilet paper.
  • process water is understood to mean water which serves a specific technical, commercial, agricultural or domestic application.
  • Process water unlike drinking water, is not intended for human consumption, but should meet a minimum level of hygiene. In any case, it must meet the technological requirements of the respective process.
  • landfill is to be understood as meaning underground water which moves downward under the action of gravity (so-called infiltration flow).
  • the term "drinking water” is to be understood as meaning any water used for drinking, cooking, preparing food and drinks, and in particular for domestic purposes, such as, for example, personal hygiene and cleaning, cleaning of objects intended for use Foods come in contact (such as glasses, crockery, cutlery) and cleaning of objects that are intended not only temporarily with the human body in contact (such as clothing and laundry), is intended to be understood.
  • water body is to be understood as meaning a water flowing or standing in nature, in particular fresh water and / or salt water and / or brackish water. Depending on the location of the body of water, this may be open water, ie a body of water lying above the ground, or a closed body of water, ie an underground body of water, such as groundwater. Furthermore, the water can be an inland water or a sea.
  • the inland water may in particular be a stream, such as a stream (very large stream that flows into a sea), a river (large stream), a stream (small stream), a channel (stream with artificial waterbed) , a cave river (running water in a water cave), crevasse water, water pipes (artificial waters) or large-scale structures of water supply and / or disposal (artificial waters), or to a still water, such as a lake (larger water collection), a Reservoir (artificial waters), a pond (small and moderately deep waters without inflow and outflow), one Pond (small and moderately deep waters with inflow and outflow (artificial waters), a pond (regularly dehydrating water), a puddle (short standing stagnant water), a cave lake, or a cistern (artificial waters) act.
  • a stream very large stream that flows into a sea
  • a river large stream
  • a stream small stream
  • a channel running water in a water cave
  • fresh water is to be understood as meaning water which has no salts or a salinity (so-called salinity) ⁇ (spoken: smaller) 0.1% (mass fraction), regardless of its state of aggregation.
  • salt water is to be understood as meaning water having a salt content (salinity) of at least 1% (mass fraction).
  • water is to be understood as meaning water with a salt content (salinity), in particular average salt content, of 3.5% (mass fraction).
  • the term "brackish water” is understood to mean seawater or seawater having a salt content (salinity) of 0.1% to ⁇ 1% (mass fraction).
  • sea interconnected waters of the earth, which surround the continents are to be understood, including the so-called minor seas, which are more or less separated from the free seas.
  • secondary seas are the marginal sea (separation by island chains or sea thresholds), the Mediterranean Sea (separation by island chains, mainland or sea thresholds) and the inland sea (connection by a strait).
  • hybrid silica gel is to be understood as meaning a gel, in particular a macromolecular gel, having silicon-oxygen bonds and silicon-carbon bonds. Due to the presence of “inorganic” silicon bonds (silicon-oxygen bonds and / or silicon-oxygen-silicon bonds) and “organic” silicon bonds (silicon-carbon bonds), such a hybrid silica gel may also be referred to as an inorganic-organic hybrid silica gel.
  • inclusion and / or incalculation compound is to be understood as meaning a compound or a system which comprises a hybrid silica gel and microplastic particles, in particular agglomerated microplastic particles, wherein the hybrid silica gel is formed or prepared by reacting an alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane, in particular an alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane provided according to the invention, in water or a body of water and wherein the hybrid silica gel contains at least the microplastic particles, in particular the agglomerated microplastic particles partially, in particular only partially or completely, encloses or surrounds.
  • such an inclusion and / or incalculation compound can also be referred to as an agglomeration compound or system, since the inclusion and / or incalculation compound as a result, which will be discussed in more detail below, involves agglomeration of microplastic particles ,
  • microplastic particles are preferably inert, i. inert, and / or hydrophobic, i. water-insoluble, microplastic particles.
  • the microplastic particles can in principle have a diameter, in particular average diameter, of> (spoken: greater) 1 mm to 5 mm (so-called large microplastic particles) and / or a diameter, in particular average diameter, of 100 nm to 1 mm (so-called small microplastic particles).
  • the diameter, in particular average diameter, of microplastic particles can be determined, for example, microscopically or by scanning electron microscopy, in particular by means of ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope).
  • the invention is based on the surprising finding that alkyltrichlorosilanes and / or silsesquioxanes can be used to remove or eliminate microplastic particles from water and / or a body of water and thus to purify water and / or a body of water.
  • the alkyl groups of the alkyltrichlorosilanes and / or silsesquioxanes are particularly advantageously used in a first step to localize microplastic particles distributed in water and / or a body of water and in a second step to agglomerate the localized microplastic particles.
  • the inventively provided alkyltrichlorosilane may also be referred to as agglomeration reagent or -slavner.
  • the localization step is based on inert-inert (and thus "adhesive") interactions, in particular van der Waals interactions and / or hydrophobic interactions, between the alkyl group of the alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane and the microplastic particles, in particular the surface of the microplastics -Particle.
  • inert-inert and thus "adhesive” interactions, in particular van der Waals interactions and / or hydrophobic interactions, between the alkyl group of the alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane and the microplastic particles, in particular the surface of the microplastics -Particle.
  • inert-inert interactions in particular van der Waals interactions and / or hydrohobic interactions, between the alkyltrichlorosilane molecules and / or silsesquioxane molecules located microplastic particles whose agglomeration is induced and in particular supported.
  • the microplastic particles localized in this way and in particular agglomerated are then enclosed at least partially, in particular only partially or completely, by the formation of a hybrid silica gel, whereby disintegration and / or deagglomeration and / or leaching of the microplastic particles is prevented.
  • the inclusion of the microplastic particles can advantageously be accompanied by a further agglomeration of the microplastic particles.
  • the formation of the hybrid silica gel is based on a hydrolysis of the alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane in water and / or a body of water and a subsequent condensation reaction, in particular in the manner of a sol-gel process.
  • alkyltrichlorosilane by hydrolysis of the silicon-chlorine bonds with liberation of hydrochloric acid alkyl silanol compounds which condense due to a low stability and in particular due to catalysis by the liberated hydrochloric acid rapidly to form siloxane bonds to a hybrid silica gel, especially a macromolecular hybrid silica gel.
  • the three labile silicon-chlorine bonds of the alkyltrichlorosilane make it possible with particular advantage to form a three-dimensional hybrid silica gel required for the inclusion of microplastic particles, in particular agglomerated microplastic particles.
  • the reaction product ultimately formed in water and / or a body of water may be referred to as an inclusion and / or incalculation compound, wherein the hybrid silica gel at least partially, in particular only partially or completely, encloses or surrounds the microplastic particles, in particular the agglomerated microplastic particles.
  • the resulting inclusion compounds and thus the microplastic particles enclosed therein, in particular agglomerated microplastic particles, can subsequently be removed cost-effectively and efficiently from the water and / or the water, for example by means of simple filtration methods, such as rake and / or sand capture in a wastewater treatment plant .
  • the inclusion compounds may, depending on the reactivity of the alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane and / or the reaction or contact time, variable particle diameter, in particular variable average particle diameter, for example, in a range of 1 cm to 6 cm.
  • inclusion compounds after their removal from the water and / or the water, if desired, digested and qualitatively and / or quantitatively analyzed and / or the microplastic particles contained therein, in particular agglomerated microplastic particles, are recycled, for example thermal decomposition (Pyrolysis) and / or use as filler.
  • thermal decomposition Pyrolysis
  • Another advantage of inclusion compounds is their ecotoxicological safety.
  • the alkyltrichlorosilanes and / or silsesquioxanes provided according to the invention have, on the one hand, a (in particular due to a positive effect induced by the alkyl group, so-called + I effect) sufficient initial stability in water and / or a body of water, so that the vorgreiflichen for successful inclusion of the microplastic particles localization and / or agglomeration can proceed, and on the other hand via a Have sufficient reactivity in water and / or a body of water, so that inclusion of the microplastic particles can take place due to the formation of a hybrid silica gel, as a result of a Dismigration and / or Deagglomeration and / or Leaching of the microplastic particles v is / will be prevented.
  • alkyltrichlorosilanes are ecotoxicological aspects considered to be safe, but at least as far as possible.
  • the alkyltrichlorosilane of the formula I and / or the silsesquioxane of the formula II can / can be used in particular for the treatment, preferably purification, of municipal wastewaters.
  • alkyltrichlorosilane according to formula I and / or the silsesquioxane according to formula II can also be used in particular for the treatment, preferably purification, of industrial wastewaters.
  • Such effluents are often characterized by an extreme pH. Since the process responsible for the formation of a (macromolecular) hybrid silica gel structure, in particular the sol-gel process, but both under acidic pH value Catalyze conditions as well as under alkaline pH conditions, this is irrelevant for a separation of microplastic particles from industrial wastewater.
  • the silsesquioxane provided according to the invention is preferably a cage-shaped silsesquioxane, i. a silsesquioxane with a cage structure.
  • a cage structure By a cage structure, a localization of microplastic particles in water and / or a body of water and thus their removal from water and / or a body of water can be additionally promoted.
  • silsesquioxanes are less reactive in water due to a slower reaction kinetics compared to alkyltrichlorosilanes, whereby a better reactivity control and thus an even better entrapment behavior compared to microplastic particles can be achieved
  • a further advantage is that the silsesquioxanes provided according to the invention are ecotoxicologically harmless. As a result, in particular when used in a sewage treatment plant, no increased safety standards must be observed.
  • alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane Another general advantage when using an alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane is that water content in possible applications exert no disturbing influence. Partial hydrolysis or prepolymerization of the alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane to a hybrid silica gel may even be beneficial in terms of microplastic particle entrapment behavior. If a partial hydrolysis or prepolymerization is not desired, the alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane can be anhydrous or substantially anhydrous packed and correspondingly anhydrous or substantially anhydrous used.
  • the silsesquioxane may in principle be a homofunctionalized silsesquioxane, ie a silsesquioxane in which the silicon atoms are each covalently linked to a same alkyl group, or a heterofunctionalized silsesquioxane, ie a silsesquioxane having at least two different alkyl groups.
  • the alkyltrichlorosilane is an unsupported alkyltrichlorosilane, ie an alkyltrichlorosilane, which is not bound to a support material, such as activated carbon or a polyurethane sponge, or, in other words, which is free from a support material such as activated carbon or a polyurethane sponge, is.
  • the alkyltrichlorosilane can be an alkyltrichlorosilane which is not bound to the surface of a carrier material, in particular neither on an outer surface nor on an inner surface of a carrier material.
  • the silsesquioxane is an unsupported silsesquioxane, i. a silsesquioxane which is not associated with a support material such as activated carbon or a polyurethane sponge or, in other words, which is free of a support material such as activated carbon or a polyurethane sponge.
  • silsesquioxane can be a silsesquioxane which is not bound to the surface of a carrier material, in particular neither on an outer surface nor on an inner surface of a carrier material.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, an alkyl group having 1 carbon to 16 carbon atoms, especially 3 carbon atoms to 14 carbon atoms, preferably 4 carbon atoms to 8 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, an alkyl group having at least 4 carbon atoms.
  • a positive inductive effect (+ I effect) generated by such an alkyl radical is particularly well able to impart sufficient initial stability to a corresponding alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane in water and / or water, so that the localization and / or agglomeration processes occurring before the inclusion of microplastic particles can take place to a sufficient extent.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, a linear alkyl group, in particular having at least 4 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, a linear alkyl group, in particular having at least 4 carbon atoms.
  • R ie the alkyl group R in the formula I and / or formula II, a branched alkyl group, in particular a mono-branched or polysubstituted branched alkyl group, is.
  • the branched alkyl group has at least 4 carbon atoms.
  • a branched alkyl group has the additional advantage over a linear alkyl group that the initial stability of a corresponding alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane in water and / or a body of water is additionally increased due to a stronger steric shielding of the silicon atom and a stronger due to the branching of the alkyl group positive inductive effect can, whereby the required for the inclusion of microplastic particles processes of localization and / or agglomeration of microplastic particles can run particularly well.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group (2-methylpropyl group), hexyl group, isohexyl group (4-methylpentyl group),
  • 2,4,4-trimethylpentyl group 2,4,4-trimethylpentyl group, n-octyl group, 6-methylheptyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, tetradecyl group and hexadecyl group.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II be selected from the group consisting of hexyl group, isohexyl group (4-methylpentyl group),
  • 2,4,4-trimethylpentyl group 2,4,4-trimethylpentyl group, n-octyl group, 6-methylheptyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, tetradecyl group, hexadecyl group, isomers thereof and isomer mixtures thereof.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group (2-methylpropyl group), n-hexyl group,
  • Methylheptyl group 2,2-dimethylhexyl group, 2,3-dimethylhexyl group, 2,4-
  • Trimethylpentyl group 3-ethyl-2-methylpentyl group, 3-ethyl-3-methylpentyl group and
  • R, ie the alkyl group R in the formula I and / or formula II is selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group, n-octyl group and 2,4,4-trimethylpentyl group.
  • R, ie the alkyl group R in the formula I and / or formula II may be selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group, n-octyl group, 2,4,4-trimethylpentyl group, isomers thereof and isomer mixtures thereof.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group, n-octyl group, 2-methylheptyl group, 3-methylheptyl group, 4-methylheptyl group, 2,2-dimethylhexyl group, 2,3 -Dimethylhexyl distr,
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, an n-butyl group.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, an n-butyl group.
  • the alkyltrichlorosilane according to formula I is n-butyltrichlorosilane and / or the silsesquioxane according to formula II is a silsesquioxane functionalized with n-butyl groups.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II is an isobutyl group.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II is an isobutyl group.
  • silsesquioxane according to formula II is a silsesquioxane functionalized with isobutyl groups (2-methylpropyl groups).
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II is an n-octyl group.
  • the alkyltrichlorosilane according to formula I is n-octyltrichlorosilane and / or the silsesquioxane according to formula II is a silsesquioxane functionalized with n-octyl groups.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II is a 2,4,4-trimethylpentyl group.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II is a 2,4,4-trimethylpentyl group.
  • silsesquioxane ie isooctyltrichlorosilane (CAS: 18379-25-4), and / or in which silsesquioxane according to formula II is a silsesquioxane functionalized with 2,4,4-trimethylpentyl groups.
  • n-butyltrichlorosilane and / or isobutyltrichlorosilane and / or n-octyltrichlorosilane and / or 2,4,4-trimethylpentyltrichlorosilane are / is particularly preferred according to the invention because they are (in each case) by one for the course of the previously described Localization and / or aggregation processes sufficiently high initial stability in water and / or a waters to distinguish.
  • an optimal localization of microplastic particles and, in particular, the formation of larger agglomerates of microplastic particles and / or the formation of a larger number of microplastic particle agglomerates can be achieved.
  • these alkyltrichlorosilane compounds are characterized by a sufficiently high reactivity to form based on hydrolysis and condensation reactions in water and / or a body of water suitable for the inclusion of microplastic particles hybrid silica gel.
  • n in the formula II is an integer from 4 to 16, in particular 6 to 14, preferably 6 to 12.
  • good inert-inert interactions in particular Van der Waals interactions and / or hydrophobic Interactions, to be formed into microplastic particles.
  • n in the formula II is the integer 6, 8, 10 or 12.
  • the silsesquioxane according to formula II is a hexasilsesquioxane, octasilsesquioxane, decasilsesquioxane or dodecasilsesquioxane.
  • silsesquioxane has the following formula III
  • the alkyl group R (in formula III) is an alkyl group having 1 carbon to 16 carbon atoms, more preferably 3 carbon atoms to 14 carbon atoms, preferably 4 carbon atoms to 8 carbon atoms.
  • alkyl group R in the formula III is an alkyl group, in particular a linear or branched, in particular mono-branched or multiply branched, alkyl group, preferably having at least 4 carbon atoms.
  • the alkyl group R in the formula III is selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group (2-methylpropyl group), hexyl group, isohexyl group (4-methylpentyl group), 2,4,4-trimethylpentyl group, n-octyl group, 6-methylheptyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, tetradecyl group and hexadecyl group.
  • the alkyl group R (in the formula III) is selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group, n-octyl group and 2,4,4-trimethylpentyl group.
  • the silsesquioxane of the present invention is an octa-n-butyl-silsesquioxane, octa-isobutyl- silsesquioxane (octa-2-methylpropyl-silsesquioxane), octa-n-octyl-silsesquioxane or octa-2,4,4-trimethylpentyl-silsesquioxane.
  • the alkyl group in the formula II and / or in the formula III comprises at least two different alkyl groups, in particular selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group (2-methylpropyl group), hexyl group, isohexyl group (4-methylpentyl group) , 2,4,4-trimethylpentyl group, n-octyl group, 6-methylheptyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, tetradecyl group and hexadecyl group.
  • the silsesquioxane according to formula II and / or formula III is a silsesquioxane having at least two different alkyl groups (so-called heterofunctionalized silsesquioxane), the alkyl groups being in particular selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl (2-methylpropyl), hexyl, isohexyl (4-methylpentyl), 2,4,4-trimethylpentyl, n-octyl, 6-methylheptyl, nonyl, decyl, dodecyl, tetradecyl and hexadecyl groups.
  • alkyl groups being in particular selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl (2-methylpropyl), hexyl, isohexyl (4-methylpentyl), 2,4,4-trimethylpentyl, n-octyl, 6-methylheptyl,
  • the alkyltrichlorosilane is a pure substance, i. a single type of alkyltrichlorosilane, or a mixture, i. a mixture of various alkyltrichlorosilanes.
  • the alkyltrichlorosilane may be a mixture of isomeric alkyltrichlorosilanes, preferably a mixture of branched isomeric alkyltrichlorosilanes.
  • the alkyltrichlorosilane may be a mixture or a mixture of at least two different alkyltrichlorosilanes, which are preferably selected from the group consisting of n-butyltrichlorosilane, isobutyltrichlorosilane, n-octyltrichlorosilane and 2,4,4-trimethylpentyltrichlorosilane.
  • alkyltrichlorosilanes reference is made in full to the previous description.
  • the silsesquioxane is a pure substance, ie a single type of silsesquioxane, or a mixture, ie a mixture, of different silsesquioxanes.
  • the silsesquioxane may be in particular is a mixture of isomeric silsesquioxanes, preferably a mixture of branched isomeric silsesquioxanes. This can be dispensed with particular advantage on time-consuming and costly purification measures.
  • the silsesquioxane may be a mixture or a mixture of at least two different silsesquioxanes, which are preferably selected from the group consisting of octa-n-butyl-silsesquioxane, octa-isobutyl-silsesquioxane (octa-2-methylpropyl) silsesquioxane), octa-n-octyl-silsesquioxane and octa-2,4,4-trimethylpentyl-silsesquioxane.
  • silsesquioxanes reference is made in full to the previous description.
  • the microplastic particles comprise a plastic or consist of a plastic which is selected from the group consisting of polyethylene (PE) such as low density polyethylene (LDPE) and / or high density polyethylene (HDPE), polypropylene ( PP), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyurethane (PU), polyamide (PA), polycarbonate (PC), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyoxymethylene (PMO), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), polyacrylonitrile (PAN), copolymers of at least two of said plastics and combinations, in particular mixtures (blends), of at least two of said plastics.
  • PE polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • HDPE high density polyethylene
  • PP polypropylene
  • PS polystyrene
  • PVC polyvinyl chloride
  • the microplastic particles have a diameter, in particular average diameter, of 100 nm to 5 mm, in particular 10 gm to 5 mm, preferably 100 gm to 1 mm.
  • the invention relates to a method for removing microplastic particles from water, in particular wastewater and / or process water and / or leachate and / or drinking water, and / or a body of water and / or for treating, in particular cleaning, of water, in particular wastewater and / or process water and / or leachate and / or drinking water, and / or a body of water.
  • the process comprises the following steps: a) dosing or adding an alkyltrichlorosilane of formula I below
  • R is an alkyl group, Si is a silicon atom and Cl is a chlorine atom, and or
  • R is an alkyl group, Si is a silicon atom, O is an oxygen atom and n is an integer, to a microplastic-particle-containing water, i. a water containing microplastic particles, in particular inert and / or hydrophobic microplastic particles, and / or a body containing microplastic particles, i.
  • microplastic particles in particular inert and / or hydrophobic microplastic particles
  • inclusion and / or incalcification compounds from the water and / or the water after addition of the alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane
  • the inclusion and / or InalationsENSen each have a hybrid silica gel and microplastic particles, in particular agglomerated microplastic particles, wherein the hybrid silica gel is formed or prepared by reacting the alkyltrichlorosilane and / or silsesquioxane in the water and / or body of water and the hybrid silica gel the microplastic particles, in particular the agglomerated microplastic particles, at least partially, in particular only partially or completely, encloses or surrounds.
  • the alkyltrichlorosilane is an unsupported alkyltrichlorosilane, i. an alkyltrichlorosilane which is not bonded to a support material such as activated carbon or a polyurethane sponge or, in other words, which is free of a support material such as activated carbon or a polyurethane sponge.
  • the alkyltrichlorosilane can be an alkyltrichlorosilane which is not bound to the surface of a carrier material, in particular neither on an outer surface nor on an inner surface of a carrier material.
  • the silsesquioxane is preferably an unsupported silsesquioxane, ie a silsesquioxane which is not associated with a carrier material, such as activated carbon or a polyurethane sponge, or, in other words, which is free of a carrier material, such as activated carbon or a polyurethane sponge, is.
  • silsesquioxane can be a silsesquioxane which is not bound to the surface of a carrier material, in particular neither on an outer surface nor on an inner surface of a carrier material.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II, is an alkyl group having 1 carbon to 16 carbon atoms, especially 3 carbon atoms to 14 carbon atoms, preferably 4 carbon atoms to 8 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, is an alkyl group having at least 4 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II, is a linear alkyl group, in particular having at least 4 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, a branched alkyl group, in particular a mono- or poly-branched alkyl group.
  • the branched alkyl group has at least 4 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II is selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group (2-methylpropyl group), hexyl group, isohexyl group (4-methylpentyl group), 2,4,4-trimethylpentyl group, n- Octyl group, 6-methylheptyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, tetradecyl group and hexadecyl group.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, be selected from the group consisting of hexyl group, isohexyl group (4-methylpentyl), 2,4,4-trimethylpentyl, n-octyl, 6-methylheptyl, nonyl, decyl, dodecyl , Tetradecyl group, hexadecyl group, isomers thereof and isomer mixtures thereof.
  • R ie the alkyl group R in the formula I and / or formula II, selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group (2-methylpropyl group), n-hexyl group, 2-methylpentyl group, 3-methylpentyl group, 2,2 Dimethylbutyl group, 2,3-dimethylbutyl group, n-octyl group, 2-methylheptyl group, 3-methylheptyl group, 4-methylheptyl group, 2,2-dimethylhexyl group, 2,3-dimethylhexyl group, 2,4- Dimethylhexyl group, 2,5-dimethylhexyl group, 3,3-dimethylhexyl group, 3,4-dimethylhexyl group, 3-ethylhexyl group, 2,2,3-trimethylpentyl group, 2,2,4-trimethylpentyl group, 2,4,4-trimethylpentyl group, 2, 3,3
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II is selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group, n-octyl group and 2,4,4-trimethylpentyl group.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II, be selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group, n-octyl group, 2,4,4-trimethylpentyl, isomers thereof and isomer mixtures thereof.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group, n-octyl group, 2-methylheptyl group, 3-methylheptyl group, 4-methylheptyl group, 2,2-dimethylhexyl group, 2,3 Dimethylhexyl group, 2,4-dimethylhexyl group, 2,5-dimethylhexyl group, 3,3-dimethylhexyl group, 3,4-
  • n in the formula II is an integer from 4 to 16, in particular 6 to 14, preferably 6 to 12, means.
  • n in the formula II is the integer 6, 8, 10 or 12.
  • step a) can basically be carried out manually, semi-automatically or (completely) automatically.
  • step a) is carried out semi-automatically or (completely) automatically.
  • step b) is carried out by means of filtration, in particular by means of rake or sand trap. Furthermore, it is preferred if step a) and / or step b) are / is carried out in a sewage treatment plant, ie a wastewater treatment plant, in particular in an activated sludge tank and / or a secondary clarifier thereof.
  • the wastewater treatment plant or wastewater treatment plant can in principle be a central, d. H. stationary, sewage treatment plant or wastewater treatment plant or a decentralized, d. H. mobile, sewage treatment plant or wastewater treatment plant, such as a container act.
  • secondary settling tank is understood to mean a purification stage of a sewage treatment plant or wastewater treatment plant, which usually forms a process unit together with an activated sludge tank in which a so-called activated sludge is separated from the wastewater by settling.
  • wastewater tank is understood to mean a purification stage of a sewage treatment plant or wastewater treatment plant in which wastewater constituents (of a fresh wastewater) are biodegraded by aerating a wastewater mixed with activated sludge.
  • activated sludge is to be understood to mean an accumulation of microorganisms which degrade organic substances during the aerobic biological wastewater treatment.
  • the activated sludge consists mainly of bacteria, fungi and protozoa.
  • step a) and / or step b) is carried out before or after a reverse osmosis step.
  • step a) and / or step b) is carried out before or after a sea salt extraction step.
  • step a) the water and / or the water, in particular at least partially, preferably only in sections, are set in a rotary motion / is.
  • a rotary motion / it is particularly advantageous to favor localization and / or aggregation of the microplastic particles that is anticipated for successful inclusion of the microplastic particles.
  • step a) prior to carrying out step a) and / or during the performance of step a) in the water and / or the body of water, in particular at least in sections, preferably only in sections, a vortex is produced and the alkyltrichlorosilane and / or the Silsesquioxane is / will be added to a suction funnel of the vortex.
  • a localization and / or aggregation of the microplastic particles required for successful inclusion of the microplastic particles can be achieved particularly effectively.
  • the invention relates to an inclusion and / or Inkalationstress comprising a hybrid silica gel and microplastic particles, in particular agglomerated microplastic particles, wherein the hybrid silica gel by reacting an alkyltrichlorosilane of formula I below
  • R is an alkyl group, Si is a silicon atom and Cl is a chlorine atom, and / or by reacting a silsesquioxane of formula II below
  • R is an alkyl group, Si is a silicon atom, O is an oxygen atom and n is an integer, is formed or prepared in water and / or a body of water and the hybrid silica gel, at least partially, in particular only partially, the microplastic particles, in particular the agglomerated microplastic particles or completely, includes or surrounds.
  • R ie the alkyl group R in the formula I and / or formula II, is an alkyl group having 1 carbon atom to 16 carbon atoms, in particular 3 Carbon atoms to 14 carbon atoms, preferably 4 carbon atoms to 8 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, is an alkyl group having at least 4 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II, is a linear alkyl group, in particular having at least 4 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, a branched alkyl group, in particular a mono- or poly-branched alkyl group.
  • the branched alkyl group has at least 4 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II is selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group (2-methylpropyl group), hexyl group, isohexyl group (4-methylpentyl group), 2,4,4-trimethylpentyl group, n- Octyl group, 6-methylheptyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, tetradecyl group and hexadecyl group.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II is selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group, n-octyl group and 2,4,4-trimethylpentyl group.
  • n in the formula II is an integer from 4 to 16, in particular 6 to 14, preferably 6 to 12, means.
  • n in the formula II is the integer 6, 8, 10 or 12.
  • the inclusion and / or the incalation compound may have variable particle diameters, in particular variable mean particle diameters.
  • the inclusion and / or Inalationsbericht a particle diameter, in particular an average particle diameter, from 1 cm to 6 cm.
  • the invention relates to a kit for removing microplastic particles from water, in particular wastewater and / or process water and / or leachate and / or drinking water, and / or a body of water and / or for treating, in particular cleaning, water, in particular wastewater and / or process water and / or leachate and / or drinking water, and / or a body of water.
  • the kit comprises: an alkyltrichlorosilane of formula I below
  • R is an alkyl group, Si is a silicon atom and Cl is a chlorine atom, and / or a silsesquioxane of the following formula II
  • R is an alkyl group, Si is a silicon atom, O is an oxygen atom and n is an integer.
  • the kit in particular spatially separated from the alkyltrichlorosilane according to formula I and / or the silsesquioxane according to formula II, has at least one further component.
  • the further component is preferably an adsorbent, in particular selected from the group consisting of activated carbon, calcium-silica hydrates, polonite, rocks and combinations of at least two of said adsorbents.
  • R ie the alkyl group R in the formula I and / or formula II, is an alkyl group having 1 carbon atom to 16 carbon atoms, in particular 3 Carbon atoms to 14 carbon atoms, preferably 4 carbon atoms to 8 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, is an alkyl group having at least 4 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II, is a linear alkyl group, in particular having at least 4 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, a branched alkyl group, in particular a mono- or poly-branched alkyl group.
  • the branched alkyl group has at least 4 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II is selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group (2-methylpropyl group), hexyl group, isohexyl group (4-methylpentyl group), 2,4,4-trimethylpentyl group, n- Octyl group, 6-methylheptyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, tetradecyl group and hexadecyl group.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II is selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group, n-octyl group and 2,4,4-trimethylpentyl group.
  • n in the formula II is an integer from 4 to 16, in particular 6 to 14, preferably 6 to 12, means.
  • n in the formula II is the integer 6, 8, 10 or 12.
  • the invention relates to a water treatment plant.
  • the water treatment plant has a device for storing and / or supplying a compound for removing microplastic particles from water, in particular wastewater and / or process water and / or leachate and / or drinking water, and / or a body of water and / or for treatment, in particular cleaning , of water, in particular wastewater and / or process water and / or leachate and / or drinking water, and / or a body of water.
  • the device contains an alkyltrichlorosilane of formula I below
  • R is an alkyl group, Si is a silicon atom and Cl is a chlorine atom, and / or a silsesquioxane of the following formula II
  • R is an alkyl group, Si is a silicon atom, O is an oxygen atom and n is an integer.
  • the water treatment plant is preferably a sewage treatment plant, i. to a wastewater treatment plant.
  • the wastewater treatment plant or wastewater treatment plant can in principle be a central, d. h stationary, sewage treatment plant or
  • the device is associated with a final purification stage, in particular an activated sludge tank and / or a secondary clarifier, the water treatment plant.
  • the water treatment plant may be a reverse osmosis plant.
  • the water treatment plant may be a sea salt production plant.
  • R ie the alkyl group R in formula I and / or formula II, is an alkyl group having 1 carbon to 16 carbon atoms, especially 3 carbon atoms to 14 carbon atoms, preferably 4 carbon atoms to 8 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, is an alkyl group having at least 4 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II, is a linear alkyl group, in particular having at least 4 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II, a branched alkyl group, in particular a mono- or poly-branched alkyl group.
  • the branched alkyl group has at least 4 carbon atoms.
  • R i. the alkyl group R in the formula I and / or formula II is selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group (2-methylpropyl group), hexyl group, isohexyl group (4-methylpentyl group), 2,4,4-trimethylpentyl group, n- Octyl group, 6-methylheptyl group, nonyl group, decyl group, dodecyl group, tetradecyl group and hexadecyl group.
  • R i. the alkyl group R in formula I and / or formula II is selected from the group consisting of n-butyl group, isobutyl group, n-octyl group and 2,4,4-trimethylpentyl group.
  • n in the formula II is an integer from 4 to 16, in particular 6 to 14, preferably 6 to 12, means.
  • n in the formula II is the integer 6, 8, 10 or 12.
  • FIG. 1 schematically shows the basic reaction scheme underlying the reaction of an alkyltrichlorosilane 1 to a hybrid silica gel 3, in particular macromolecular hybrid silica gel 3, which is suitable for the inclusion of microplastic particles and / or agglomerated microplastic particles.
  • the silicon-chlorine bonds of the alkyltrichlorosilane 1 are hydrolyzed to form silanol compounds 2 to form hydrochloric acid. Due to a catalytic effect of the liberated hydrochloric acid, the intermediate silanol compounds 2 undergo rapid condensation reactions, the hybrid silica gel 3 being formed.
  • the alkyl group of the alkyltrichlorosilane 1 makes it possible to localize and aggregate microplastic particles distributed in the water and / or a body of water.
  • a certain initial stability of the alkyltrichlorosilane is advantageous so that sufficient localization and aggregation of microplastic particles can take place before the inclusion of the microplastic particles / aggregated microplastic particles by formation of the hybrid silica gel, in particular by way of a sol-gel process, he follows.
  • the alkyltrichlorosilane may in particular be n-butyltrichlorosilane, isobutyltrichlorosilane, n-octyltrichlorosilane or 2,4,4-trimethylpentyltrichlorosilane.
  • Fig. 2a shows the structural formula of n-butyltrichlorosilane.
  • Fig. 2b shows the structural formula of isobutyltrichlorosilane.
  • Fig. 2c shows the structural formula of n-octyltrichlorosilane.
  • Figure 2d shows the structural formula of 2,4,4-trimethylpentyltrichlorosilane.
  • alkyltrichlorosilanes for removing microplastic particles from water and / or a body of water and / or for the treatment, in particular purification, of water and / or of a body of water is particularly preferred according to the invention.
  • microplastic powder PE, PP or mixtures
  • 1 l of distilled water 100 mg were placed in a 2 L round bottom and stirred vigorously (24 h swelling process).
  • a small amount (about 50-100 pmol) agglomeration reagent was slowly added.
  • the reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C. After 20 min, the mixture was filtered and the white solid was dried at 105 ° C for 24 h.
  • the silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization). The droplets accumulated the microplastic particles within 3-4 min. After 2 minutes, gelation started and a large agglomerate was formed which floated on the water surface (fixation). After 10 minutes, no free PE, PP or mixtures of both were more unbound in the reaction vessel.
  • the pH of the water was 6-7.
  • microplastic powder PP, PE / PP (1/1) (150 pm - 300 pm) and 2000 l of process water (secondary clarifier) were charged into a batch 2000 L batch reactor and then at room temperature 24 h 250 U /
  • the agglomeration process was initiated by adding the agglomeration reagent (ca 50-100 mmol) and stirring the mixture for 24 h at room temperature and 250 rpm
  • the mixture was filtered and the agglomerated white solids became 105 C. for 24 h
  • the agglomerated solids had a diameter of 2-6 cm.
  • alkyltrichlorosilanes and silsesquioxanes listed in Table 1 below were used in the experiments described below.
  • ESEM Environmental Scanning Electron Microscope
  • microplastic powder PE, PP or mixtures
  • 1 l of distilled water 100 mg were placed in a 2 L round bottom and stirred vigorously.
  • a small amount (1 x 10 3 mol) of agglomeration reagent (Runs 1 -6) was slowly added The reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C. After 20 minutes, the mixture was filtered and the white solid was dried at 60 ° C for 24 h.
  • IR n-octyl at v (CH 2 ) 2951 cm 1 , 2905 cm 1 , d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si) 1 106 cm 1 .
  • microplastic powder (LDPE / HDPE) (50 gm - 300 gm) and 1 L of distilled water were placed in a 2 L round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process). 43.2 pmol of n-octyltrichlorosilane was added slowly. The reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C. The silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization). The droplets partially accumulated the microplastic particles (about 50%) within 3-4 min. The gelation started directly upon contact with water and several agglomerates were formed which floated on the water surface (fixation). After 10 minutes, 50% (mass balance) of PE was bound and 50% unbound in the reaction vessel. The pH of the water was 6-7. It was stirred for a further 10 min, then filtered, washed with water and dried at 60 ° C for 24 h. The result was a transparent solid with integrated white microplastic particles.
  • microplastic powder 50 gm - 300 gm
  • 1 L of distilled water 100 mg were placed in a 2 L round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process).
  • 43.2 pmol of n-octyltrichlorosilane was added slowly.
  • the reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C.
  • the silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization).
  • the droplets partially accumulated the microplastic particles (about 50%) within 3-4 min.
  • the gelation started directly upon contact with water and several agglomerates were formed which floated on the water surface (fixation).
  • 50% (mass balance) of PE was bound and 50% unbound in the reaction vessel.
  • the pH of the water was 6-7. It was stirred for a further 10 min, then filtered, washed with water and dried at 60 ° C for 24 h. The result was a transparent solid with integrated white microplastic particles.
  • microplastic powder (LDPE / HDPE / PP 0.5 / 0.5 / 1) (50 pm - 300 pm) and 1 l of distilled water were placed in a 2 l round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process). 43.2 pmol of n-octyltrichlorosilane was added slowly. The reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C. The silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization). The droplets partially accumulated the microplastic particles (about 50%) within 3-4 min. The gelation started directly upon contact with water and several agglomerates were formed which floated on the water surface (fixation).
  • LDPE / HDPE / PP 0.5 / 0.5 / 1 100 mg of microplastic powder (LDPE / HDPE / PP 0.5 / 0.5 / 1) (50 pm - 300 pm) and 1 l of distilled water were placed in a 2 l round bottom flask and stirred vigorously
  • IR n-butyl v (CH 2 ) 2950 cm 1 -2870 cm 1 , d (CH) 1465-1407 cm 1 , v (Si-O-Si) 1202 cm 1 , (vSi-O) 874-688 cm 1 ,
  • LDPE / HDPE microplastic powder
  • 1 L of distilled water 100 mg were placed in a 2 L round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process). 60.5 pmol of n-butyltrichlorosilane was added slowly. The reaction mixture was stirred at 250 rpm and
  • the silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization). The droplets fully accumulated the microplastic particles (approximately 75%) within 2-4 minutes. The gelation started after 2 min and a large agglomerate was formed, which floated on the water surface (fixation). After 10 minutes, 75% (mass balance) PE was bound. The pH of the water was 6-7. It was stirred for a further 10 min, then filtered, washed with water and dried at 60 ° C for 24 h. The result was a transparent solid with integrated white microplastic particles.
  • microplastic powder 50 gm - 300 gm
  • 1 L of distilled water 100 mg were placed in a 2 L round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process). 60.5 pmol of n-butyltrichlorosilane was added slowly. The reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C. The silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization). The droplets fully accumulated the microplastic particles (approximately 75%) within 2-4 minutes. The gelation started after 2 min and a large agglomerate was formed, which floated on the water surface (fixation). After 10 minutes, 100% (mass balance) PP was bound. The pH of the water was 6-7. It was stirred for a further 10 min, then filtered, washed with water and dried at 60 ° C for 24 h. The result was a transparent solid with integrated white microplastic particles.
  • PP microplastic powder
  • microplastic powder (LDPE / HDPE / PP, 0.5 / 0.5 / 5) (50 pm - 300 pm) and 1 L of distilled water were placed in a 2 L round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process). 60.5 pmol of n-butyltrichlorosilane was added slowly. The reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C. The silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization). The droplets fully accumulated the microplastic particles (approximately 75%) within 2-4 minutes. The gelation started after 2 min and a large agglomerate was formed, which floated on the water surface (fixation).
  • microplastic powder (LDPE / HDPE) (50 gm - 300 gm) and 1 L of distilled water were placed in a 2 L round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process). 60 pmol of isobutyltrichlorosilane was added slowly. The reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C. The silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization). The droplets fully accumulated the microplastic particles (approximately 100%) within 2-4 minutes. Gel formation started after 6 minutes and a large agglomerate was formed.
  • LDPE / HDPE low density polyethylene
  • the trichlorosilane was completely converted to the hybrid silica gel and small aggregates with the bound PE (100% mass balance) were visible. After 20 minutes, the aggregates increased in size (2-3 mm), which floated on the water surface (fixation). The pH of the water was 6-7. It was then filtered, washed with water and dried at 60 ° C for 24 h. The result was a white solid with embedded white microplastic particles.
  • microplastic powder 50 gm - 300 gm
  • 1 L of distilled water 100 mg were placed in a 2 L round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process).
  • 60 pmol of isobutyltrichlorosilane was added slowly.
  • the reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C.
  • the silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization).
  • the droplets fully accumulated the microplastic particles (approximately 100%) within 2-4 minutes.
  • Gel formation started after 6 minutes and a large agglomerate was formed. After 10 minutes, the trichlorosilane was completely converted to the hybrid silica gel and small aggregates with the bound PP (100% mass balance) were visible.
  • microplastic powder (LDPE / HDPE / PP, 05 / 0.5 / 1) (50 pm - 300 pm) and 1 l of distilled water were placed in a 2 l round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process). 60 pmol of isobutyltrichlorosilane was added slowly. The reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C. The silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization). The droplets fully accumulated the microplastic particles (approximately 100%) within 2-4 minutes. Gelation starts after 6 minutes and a large agglomerate is formed.
  • LDPE / HDPE / PP, 05 / 0.5 / 1 100 mg of microplastic powder (LDPE / HDPE / PP, 05 / 0.5 / 1) (50 pm - 300 pm) and 1 l of distilled water were placed in a 2 l round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process). 60
  • the trichlorosilane was completely converted to the hybrid silica gel and small aggregates with the bound microplastic mixture (100% mass balance) were visible. After 20 minutes, the aggregates increased in size (2-3 mm), which floated on the water surface (fixation). The pH of the water was 6-7. It was then filtered, washed with water and dried at 60 ° C for 24 h. The result was a white solid with embedded white microplastic particles.
  • microplastic powder 50 gm - 300 gm
  • 1 L of distilled water 100 mg was placed in a 2 L round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process).
  • 43 pmol Isooctyltrichlorosilane was added slowly.
  • the reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C.
  • the silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization).
  • the droplets fully accumulated the microplastic particles (approximately 100%) within 2-4 minutes.
  • the trichlorosilane was completely converted to the hybrid silica gel and small aggregates with the bound PE (100% mass balance) were visible. After 20 minutes, the aggregates increased in size (2-3 mm), which floated on the water surface (fixation). The pH of the water was 6-7. It was then filtered, washed with water and dried at 60 ° C for 24 h. The result was a white solid with embedded white microplastic particles.
  • microplastic powder 50 gm - 300 gm
  • 1 L of distilled water 100 mg were placed in a 2 L round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process).
  • 43 pmol of isooctyltrichlorosilane was added slowly.
  • the reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C.
  • the silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization).
  • the droplets fully accumulated the microplastic particles (approximately 100%) within 2-4 minutes.
  • microplastic powder (LDPE / HDPE / PP, 0.5 / 0, 5/1) (50 gm - 300 gm) and 1 L of distilled water were placed in a 2 L round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process). 43 pmol of isooctyltrichlorosilane was added slowly. The reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C. The silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization). The droplets fully accumulate the microplastic particles (approximately 100%) within 2-4 minutes. The gelation started after 5-10 s and a large agglomerate was formed.
  • the trichlorosilane was completely converted to the hybrid silica gel and small aggregates with the bound microplastic mixture (100% mass balance) were visible. After 20 minutes, the aggregates increased in size (2-3 mm), which floated on the water surface (fixation). The pH of the water was 6-7. It was then filtered, washed with water and dried at 60 ° C for 24 h. The result was a white solid with embedded white microplastic particles.
  • microplastic powder 50 gm - 300 gm
  • 1 L of distilled water 100 mg was placed in a 2 L round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process). 7.64 pmol isooctyl-T 8 polyoctahedral silsesquioxane was added slowly. The reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C. The silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization). The droplets fully accumulated the microplastic particles (approximately 100%) within 2-4 minutes. The gelation began after 5-6 min, the color of the liquid changes from slightly yellowish to white.
  • LDPE / HDPE low density polyethylene
  • microplastic powder 50 pm - 300 pm
  • 1 l of distilled water 100 mg were placed in a 2 l round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process). 7.64 pmol isooctyl-T 8 - Polyoctahedral silsesquioxane was added slowly. The reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C. The silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization). The droplets fully accumulated the microplastic particles (approximately 100%) within 2-4 minutes. The gelation began after 5-6 min, whereby the color of the liquid changed from slightly yellowish to white.
  • microplastic powder (LDPE / HDPE / PP, 0.5 / 0, 5/1) (50 gm - 300 gm) and 1 L of distilled water were placed in a 2 L round bottom flask and stirred vigorously (24 h swelling process). 7.64 pmol isooctyl-T 8 polyoctahedral silsesquioxane was added slowly. The reaction mixture was stirred at 250 rpm and 25 ° C. The silane initially formed small droplets that circulated in the vessel (localization). The droplets fully accumulated the microplastic particles (approximately 100%) within 2-4 minutes. The gelation began after 5-6 min, the color of the liquid changed from slightly yellowish to white.
  • microplastic powder (LDPE / HDPE) (150 prn-300 gm) and 2000 L of process water (secondary clarifier) were charged to a batch 2000 L batch reactor. The mixture was then stirred at an external temperature (15-20 ° C.) for 24 hours at 250 rpm (swelling process). The agglomeration process was initiated by adding 7.64 mmol isooctyl-T 8 -polyoctahedral silsesquioxane and stirring the mixture for 24 hours at ambient temperature (15-20 ° C) and 250 rpm. The mixture was filtered and the white agglomerates were dried at 60 ° C for 24 h. The white agglomerates had a diameter of 2-6 cm.
  • microplastic powder (PP) 150 gm-300 gm
  • process water secondary clarifier
  • microplastic powder (LDPE / HDPE / PP, 0.5 / 0.5 / 5) (150 gm-300 gm) and 2000 L of process water (secondary clarifier) were charged to a batch 2000 L batch reactor. The mixture was then stirred at an external temperature (15-20 ° C.) for 24 hours at 250 rpm (swelling process). The agglomeration process was initiated by adding 7.64 mmol isooctyl-T 8 -polyoctahedral silsesquioxane and stirring the mixture for 24 hours at ambient temperature (15-20 ° C) and 250 rpm. The mixture was filtered and the white agglomerates were dried at 60 ° C for 24 h.
  • microplastic powder LDPE / HDPE / PP, 0.5 / 0.5 / 5
  • process water secondary clarifier
  • the white agglomerates had a diameter of 2-6 cm.
  • IR: PE v (CH 2 ) 2920 - 2870 cm 1 (R isooctyl is superimposed v (CH 2 ) 2951 cm 1 , 2905 cm 1 ), d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si ) 1106 cm 1 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Alkyltrichlorsilans der nachstehenden Formel I R-SiCl3 (Formel I), wobei R eine Alkylgruppe, Si ein Siliciumatom und Cl ein Chloratom bedeuten,und/oder eines Silsesquioxans der nachstehenden Formel II [RSiO3/2]n (Formel II), wobei R eine Alkylgruppe, Si ein Siliciumatom, O ein Sauerstoffatom und n eine ganze Zahl bedeuten, zur Entfernung von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser und/oder einem Gewässer und/oder zur Behandlung, insbesondere Reinigung, von Wasser und/oder eines Gewässers. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Entfernen von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser und/oder einem Gewässer und/oder zum Reinigen von Wasser und/oder eines Gewässers, eine Einschluss- und/oder Inkalationsverbindung, ein Kit zum Entfernen von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser und/oder einem Gewässer und/oder zum Reinigen von Wasser und/oder eines Gewässers sowie eine Wasserbehandlungsanlage.

Description

Verwendung von Alkyltrichlorsilanen und/oder Silsesquioxanen zur Entfernung von Mikroplastik-
Partikeln aus Wasser und/oder einem Gewässer
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Alkyltrichlorsilanen und/oder Silsesquioxanen zur Entfernung von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser und/oder einem Gewässer und/oder zur Reinigung von Wasser und/oder eines Gewässers, ein Verfahren zum Entfernen von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser und/oder einem Gewässer und/oder zum Reinigen von Wasser und/oder eines Gewässers, eine Einschluss- und/oder Inkalationsverbindung, ein Kit zum Entfernen von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser und/oder einem Gewässer und/oder zum Reinigen von Wasser und/oder eines Gewässers sowie eine Wasserbehandlungsanlage.
Die Problematik der Mikroplastikkontamination erlangt zunehmend Aufmerksamkeit in der Gesellschaft.
Die Quellen und Eintragspfade für Kunststoffe in die Umwelt sind vielfältig. Durch direkten Eintrag (sogenannter primärer Eintrag) gelangen beispielsweise Mikropartikel aus Kosmetika oder durch Waschmaschinenabrieb von synthetischen Fasern in das Abwasser. Zusätzlich sind Mikropartikel potentielle Träger für Schadstoffe und Bakterien, welche auch pathogene Eigenschaften besitzen können.
Je nach Partikeldurchmesser erfolgt die Partikelelimination in Kläranlagen individuell. Die Entfernung von Partikeln mit einem Durchmesser bzw. einer Größe > 5 mm erfolgt üblicherweise mittels Rechen- und Sandfang. Anders verhält es sich bei Partikeln, welche in geringen Konzentrationen und in einem Größenbereich < 5 mm, insbesondere in einem Größenbereich von 0,01 gm bis 1 gm, vorliegen, da diese in der Regel ungeladen sind und mithin nicht zu ionischen Wechselwirkungen tendieren.
Diese inerten Kleinstpartikel passieren aufgrund ihrer geringen Größe leichter und teilweise ungehindert die Reinigungsstufen einer Abwasserbehandlungsanlage, da sie weder durch Fällungsreagenzien abgetrennt noch durch Flockungsmittel in Makroflocken überführt werden können. Im Falle von Mikroplastik-Partikel kommt erschwerend hinzu, dass diese in der Regel eine geringere Dichte aufweisen als Wasser und daher ohnehin nicht zur Sedimentation neigen. Resultierend verlassen diese Partikel die Abwasserbehandlungsanlage gemeinsam mit dem gereinigten Abwasser und gelangen somit in den Wasserkreislauf. Über diesen Weg kommt es zu ihrer Verteilung im Ökosystem mit unter Umständen weitreichenden Auswirkungen (beispielsweise Bioakkumulation) für Tiere und Menschen.
Aktuell existiert eine Vielzahl von Möglichkeiten, eine Fest-Flüssig-Trennung zur Eliminierung von Partikeln aus Wasser durchzuführen. Die entsprechenden Verfahren besitzen jedoch limitierende Faktoren. Entweder ist die Effektivität, wie beispielsweise im Falle von Sedimentation und Flockung, zu gering und das Verfahren zu unflexibel. Oder es müssen, wie im Falle der Tiefenfiltration, Mikrofiltration und Ultrafiltration, zusätzlich Chemikalien in das Abwasser eingebracht werden, welche nachweislich einen Einfluss auf die Umwelt haben oder eine effiziente Sekundärstoffverwertung oder Materialgewinnung verhindern. Weiterhin sind die Verfahren durch hohe Anschaffungs- und Betriebskosten gekennzeichnet und benötigen zusätzliche Infrastruktur.
AUFGABE UND LOSUNG
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, Verbindungen bereitzustellen, welche die Entfernung von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser und/oder Gewässern und mithin die Reinigung von Wasser und/oder Gewässern ermöglichen. Des Weiteren stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein entsprechendes Verfahren, eine Einschlussverbindung, ein Kit sowie eine Wasserbehandlungsanlage bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine Verwendung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 , durch ein Verfahren gemäß Anspruch 15, durch eine Einschluss- und/oder Inkalationsverbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 17, durch ein Kit mit den Merkmalen des Anspruchs 18 sowie durch eine Wasserbehandlungsanlage. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung beschrieben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit ausdrücklich zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines Alkyltrichlorsilans der nachstehenden Formel I
R-SiCIa (Formel I),
wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom und CI ein Chloratom bedeuten, zur Entfernung von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser, insbesondere Abwasser und/oder Betriebswasser und/oder Sickerwasser und/oder Trinkwasser, und/oder einem Gewässer und/oder zur Behandlung, insbesondere Reinigung, von Wasser, insbesondere Abwasser und/oder Betriebswasser und/oder Sickerwasser und/oder Trinkwasser, und/oder eines Gewässers.
Alternativ oder in Kombination betrifft die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt die Verwendung eines Silsesquioxans, vorzugsweise eines käfigförmigen Silsesquioxans, der nachstehenden Formel II
[RSi03/2]n (Formel II),
wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom, O ein Sauerstoffatom und n eine ganze Zahl bedeuten, zur Entfernung von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser, insbesondere Abwasser und/oder Betriebswasser und/oder Sickerwasser und/oder Trinkwasser, und/oder einem Gewässer und/oder zur Behandlung, insbesondere Reinigung, von Wasser, insbesondere Abwasser und/oder Betriebswasser und/oder Sickerwasser und/oder Trinkwasser, und/oder eines Gewässers.
Der Ausdruck „ein Alkyltrichlorsilan“ kann im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Alkyltrichlorsilan (Einzahl) oder eine Vielzahl, insbesondere eine Mischung, unterschiedlicher Alkyltrichlorsilane bedeuten.
Der Ausdruck„ein Silsesquioxan“ kann im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Silsesquioxan (Einzahl) oder eine Vielzahl, insbesondere eine Mischung, unterschiedlicher Silsesquioxane bedeuten.
Unter dem Ausdruck „Mikroplastik-Partikel“ sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung Kunststoff-Partikel oder Kunststoff-Teilchen verstanden werden, welche einen Kunststoff oder eine Kombination, insbesondere Mischung (Blend), von Kunststoffen aufweisen oder aus einem Kunststoff oder einer Kombination, insbesondere Mischung (Blend), von Kunststoffen bestehen und einen Durchmesser, insbesondere mittleren Durchmesser, von 100 nm bis 5 mm aufweisen. Unter dem Ausdruck„große Mikroplastik-Partikel“ sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung Kunststoff-Partikel oder Kunststoff-Teilchen mit einem Durchmesser, insbesondere mittleren Durchmesser, von größer 1 mm bis 5 mm verstanden werden.
Unter dem Ausdruck„kleine Mikroplastik-Partikel“ sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung Kunststoff-Partikel oder Kunststoff-Teilchen mit einem Durchmesser, insbesondere mittleren Durchmesser, von 100 nm bis 1 mm verstanden werden.
Unter dem Ausdruck„Wasser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung jede Form von Wasser, in der Regel von flüssigem Wasser, und/oder jede Form einer wässrigen Flüssigkeit, d.h. einer Wasser enthaltenden Flüssigkeit, verstanden werden. Insbesondere kann es sich bei dem Wasser im Sinne der vorliegenden Erfindung, wie oben bereits erwähnt, um Abwasser und/oder Betriebswasser und/oder Sickerwasser und/oder Trinkwasser handeln.
Unter dem Ausdruck„Abwasser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein durch Gebrauch verunreinigtes oder in seinen Eigenschaften oder seiner Zusammensetzung verändertes Wasser verstanden werden. Erfindungsgemäß sollen hierunter insbesondere Grauwasser und/oder Regenwasser und/oder Schwarzwasser und/oder Gelbwasser und/oder Braunwasser und/oder Niederschlagswasser und/oder beispielsweise durch bauliche Schäden anfallendes Fremdwasser, welches in die Kanalisation gelangt, verstanden werden.
Unter dem Ausdruck „Grauwasser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung (und in Übereinstimmung mit der europäischen Norm 12056-1 ) fäkalienfreies, gering verschmutztes Abwasser, wie es beispielsweise beim Duschen, Baden oder Händewaschen anfällt, aber auch aus der Waschmaschine kommt, und zur Aufbereitung zu Brauch- bzw. Betriebswasser dienen kann, verstanden werden.
Unter dem Ausdruck „Regenwasser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung zuvor verdunstetes Wasser aus Niederschlägen in flüssiger Form, dem Regen, verstanden werden.
Unter dem Ausdruck „Schwarzwasser“ soll (in Übereinstimmung mit ISO 6107-7:1997) häusliches Abwasser ohne Grauwasser mit fäkalen Feststoffen verstanden werden.
Unter dem Ausdruck„Gelbwasser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung Urin und Urin mit Spülwasser verstanden werden. Unter dem Ausdruck „Braunwasser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung Abwasser verstanden werden, welches nur Fäzes, Spülwasser und Toilettenpapier enthält.
Unter dem Ausdruck „Betriebswasser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung Wasser verstanden werden, welches einer spezifischen technischen, gewerblichen, landwirtschaftlichen oder hauswirtschaftlichen Anwendung dient. Betriebswasser ist anders als Trinkwasser nicht für den menschlichen Genuss vorgesehen, sollte jedoch einer gewissen Mindesthygiene entsprechen. In jedem Fall muss es den technologischen Anforderungen des jeweiligen Prozesses genügen.
Unter dem Ausdruck„Sickerwasser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung unterirdisches Wasser verstanden werden, welches sich unter der Einwirkung von Schwerkraft abwärts bewegt (sogenannte Sickerströmung).
Unter dem Ausdruck„Trinkwasser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung jedes Wasser verstanden werden, das zum Trinken, zum Kochen, zur Zubereitung von Speisen und Getränken sowie insbesondere zu häuslichen Zwecken, wie beispielsweise Körperpflege und - reinigung, Reinigung von Gegenständen, die bestimmungsgemäß mit Lebensmitteln in Berührung kommen (wie beispielsweise Gläser, Geschirr, Bestecke) sowie Reinigung von Gegenständen, die bestimmungsgemäß nicht nur vorübergehend mit dem menschlichen Körper in Kontakt kommen (wie beispielsweise Kleidung und Wäsche), bestimmt ist, verstanden werden.
Unter dem Ausdruck„Gewässer“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein in der Natur fließendes oder stehendes Wasser, insbesondere Süßwasser und/oder Salzwasser und/oder Brackwasser, verstanden werden. Je nach Lage des Gewässers kann es sich hierbei um ein offenes Gewässer, d.h. ein über der Erde liegendes Gewässer, oder um ein geschlossenes Gewässer, d.h. um ein unterirdisches Gewässer, wie beispielsweise Grundwasser, handeln. Weiterhin kann es sich bei dem Gewässer um ein Binnengewässer oder um ein Meer handeln. Bei dem Binnengewässer kann es sich insbesondere um ein Fließgewässer, wie beispielsweise einen Strom (sehr großes Fließgewässer, welches in ein Meer mündet), einen Fluss (großes Fließgewässer), einen Bach (kleines Fließgewässer), einen Kanal (Wasserlauf mit künstlich hergestelltem Wasserbett), einen Höhlenfluss (Fließgewässer in einer Wasserhöhle), Kluftwasser, Wasserleitungen (künstliche Gewässer) oder um groß dimensionierte Bauwerke der Wasserver- und/oder -entsorgung (künstliche Gewässer), oder um ein Stillgewässer, wie beispielsweise einen See (größere Wasseransammlung), einen Stausee (künstliches Gewässer), einen Weiher (kleines und mäßig tiefes Gewässer ohne Zu- und Abfluss), einen Teich (kleines und mäßig tiefes Gewässer mit Zu- und Abfluss (künstliches Gewässer), einen Tümpel (regelmäßig austrocknendes Gewässer), eine Pfütze (kurzzeitiges stehendes Wasser), einen Höhlensee, oder eine Zisterne (künstliches Gewässer) handeln.
Unter dem Ausdruck„Süßwasser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung Wasser verstanden werden, welches unabhängig von seinem Aggregatzustand keine Salze oder einen Salzgehalt (sogenannte Salinität) < (gesprochen: kleiner) 0,1 % (Massenanteil) aufweist.
Unter dem Ausdruck„Salzwasser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung Wasser mit einem Salzgehalt (Salinität) von wenigstens 1 % (Massenanteil) verstanden werden.
Unter dem Ausdruck„Meerwasser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung Wasser mit einem Salzgehalt (Salinität), insbesondere durchschnittlichen Salzgehalt, von 3,5 % (Massenanteil) verstanden werden.
Unter dem Ausdruck „Brackwasser“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung See- oder Meerwasser mit einem Salzgehalt (Salinität) von 0,1 % bis < 1 % (Massenanteil) verstanden werden.
Unter dem Ausdruck „Meer“ sollen im Sinne der vorliegenden Erfindung miteinander verbundene Gewässer der Erde, welche die Kontinente umgeben, verstanden werden, einschließlich der sogenannten Nebenmeere, welche von den freien Meeren mehr oder wenig abgetrennt sind. Beispiele für Nebenmeere sind das Randmeer (Trennung durch Inselketten oder Meeresschwellen), Mittelmeer (Trennung durch Inselketten, Festland oder Meeresschwellen) sowie das Binnenmeer (Verbindung durch eine Meerenge).
Unter dem Ausdruck „Hybridkieselgel“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Gel, insbesondere ein makromolekulares Gel, mit Silizium-Sauerstoff-Bindungen und Silizium- Kohlenstoff-Bindungen verstanden werden. Aufgrund der Anwesenheit von „anorganischen“ Siliziumbindungen (Silizium-Sauerstoff-Bindungen und/oder Silizium-Sauerstoff-Silizium- Bindungen) und „organischen“ Siliziumbindungen (Silizium-Kohlenstoff-Bindungen) kann ein derartiges Hybridkieselgel auch als anorganisch-organisches Hybridkieselgel bezeichnet werden.
Unter dem Ausdruck „Einschluss- und/oder Inkalationsverbindung“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Verbindung oder ein System verstanden werden, welche/welches ein Hybridkieselgel und Mikroplastik-Partikel, insbesondere agglomerierte Mikroplastik-Partikel, aufweist, wobei das Hybridkieselgel durch Umsetzung eines Alkyltrichlorsilans und/oder Silsesquioxans, insbesondere eines erfindungsgemäß vorgesehenen Alkyltrichlorsilans und/oder Silsesquioxans, in Wasser oder einem Gewässer gebildet oder hergestellt ist und wobei das Hybridkieselgel die Mikroplastik-Partikel, insbesondere die agglomerierten Mikroplastik-Partikel, wenigstens teilweise, insbesondere nur teilweise oder vollständig, einschließt oder umgibt. Eine solche Einschluss- und/oder Inkalationsverbindung kann im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als Agglomerationsverbindung oder -System bezeichnet werden, da die Einschluss- und/oder Inkalationsverbindung im Ergebnis, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, eine Agglomeration von Mikroplastik-Partikeln beinhaltet.
Bei den Mikroplastik-Partikeln handelt es sich vorzugsweise um inerte, d.h. reaktionsträge, und/oder hydrophobe, d.h. wasserunlösliche, Mikroplastik-Partikel.
Die Mikroplastik-Partikel können grundsätzlich einen Durchmesser, insbesondere mittleren Durchmesser, von > (gesprochen: größer) 1 mm bis 5 mm (sogenannte große Mikroplastik- Partikel) und/oder einen Durchmesser, insbesondere mittleren Durchmesser, von 100 nm bis 1 mm (sogenannte kleine Mikroplastik-Partikel) aufweisen.
Der Durchmesser, insbesondere mittlere Durchmesser, von Mikroplastik-Partikeln kann beispielsweise mikroskopisch oder rasterelektronenmikroskopisch, insbesondere mittels ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope), bestimmt werden.
Die Erfindung basiert auf dem überraschenden Befund, dass Alkyltrichlorsilane und/oder Silsesquioxane zur Entfernung oder Elimination von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser und/oder einem Gewässer und mithin zur Reinigung von Wasser und/oder eines Gewässers verwendet werden können. Dabei findet über die Alkylgruppen der Alkyltrichlorsilane und/oder Silsesquioxane mit besonderem Vorteil in einem ersten Schritt eine Lokalisation von in Wasser und/oder einem Gewässer verteilten Mikroplastik-Partikeln und in einem zweiten Schritt eine Agglomeration der lokalisierten Mikroplastik-Partikel statt. Insoweit kann das erfindungsgemäß vorgesehene Alkyltrichlorsilan auch als Agglomerationsreagenz oder -bildner bezeichnet werden.
Der Lokalisationsschritt basiert auf inert-inert (und mithin „adhäsiven“) Wechselwirkungen, insbesondere Van-der-Waals-Wechselwirkungen und/oder hydrohoben Wechselwirkungen, zwischen der Alkylgruppe des Alkyltrichlorsilans und/oder Silsesquioxans und den Mikroplastik- Partikeln, insbesondere der Oberfläche der Mikroplastik-Partikel. Im Zuge des Lokalisationsschrittes kommt es zu einer Ansammlung/Adsorption von Alkyltrichlorsilanmolekülen und/oder Silsesquioxanmolekülen auf der Oberfläche der Mikroplastik-Partikel, wodurch die Voraussetzungen für eine anschließende Agglomeration der lokalisierten Mikroplastik-Partikel geschaffen werden. Durch inert-inert Wechselwirkungen, insbesondere Van-der-Waals-Wechselwirkungen und/oder hydrohobe Wechselwirkungen, zwischen den Alkyltrichlorsilanmolekülen und/oder Silsesquioxanmolekülen lokalisierter Mikroplastik-Partikel wird deren Agglomeration induziert und insbesondere unterstützt. Die auf diese Weise lokalisierten und insbesondere agglomerierten Mikroplastik-Partikel werden sodann durch die Ausbildung eines Hybridkieselgels wenigstens teilweise, insbesondere nur teilweise oder vollständig, eingeschlossen, wodurch eine Dismigration und/oder Deagglomeration und/oder Leaching der Mikroplastik-Partikel verhindert werden/wird. Der Einschluss der Mikroplastik-Partikel kann dabei in vorteilhafter Weise mit einer weiteren Agglomeration der Mikroplastik-Partikel einhergehen.
Die Ausbildung des Hybridkieselgels basiert auf einer Hydrolyse des Alkyltrichlorsilans und/oder Silsesquioxans in Wasser und/oder einem Gewässer und einer anschließenden Kondensationsreaktion, insbesondere nach Art eines Sol-Gel-Prozesses.
Im Falle des Alkyltrichlorsilans entstehen durch Hydrolyse der Silizium-Chlor-Bindungen unter Freisetzung von Salzsäure Alkylsilanolverbindungen, welche aufgrund einer geringen Stabilität und insbesondere aufgrund einer Katalyse durch die freigesetzte Salzsäure zügig unter Ausbildung von Siloxanbindungen zu einem Hybridkieselgel, insbesondere einem makromolekularen Hybridkieselgel, kondensieren. Die drei labilen Silizium-Chlor-Bindungen des Alkyltrichlorsilans ermöglichen dabei mit besonderem Vorteil die Ausbildung eines für den Einschluss von Mikroplastik-Partikeln, insbesondere agglomerierten Mikroplastik-Partikeln, erforderlichen dreidimensionalen Hybridkieselgels.
Das schlussendlich in Wasser und/oder einem Gewässer entstehende Reaktionsprodukt kann als Einschluss- und/oder Inkalationsverbindung bezeichnet werden, wobei das Hybridkieselgel die Mikroplastik-Partikel, insbesondere die agglomerierten Mikroplastik-Partikel, wenigstens teilweise, insbesondere nur teilweise oder vollständig, einschließt oder umgibt. Die erhaltenen Einschlussverbindungen und mithin die darin eingeschlossenen Mikroplastik-Partikel, insbesondere agglomerierte Mikroplastik-Partikel, können anschließend kostengünstig und effizient aus dem Wasser und/oder dem Gewässer entfern werden, beispielsweise mittels einfachen Filtrationsmethoden, wie beispielsweise Rechen- und/oder Sandfang in einer Abwasserbehandlungsanlage. Die Einschlussverbindungen können dabei, abhängig von der Reaktivität des Alkyltrichlorsilans und/oder Silsesquioxans und/oder der Reaktions- oder Kontaktzeit, variable Partikeldurchmesser, insbesondere variable mittlere Partikeldurchmesser, beispielsweise in einem Bereich von 1 cm bis 6 cm, aufweisen. Die Einschlussverbindungen können nach ihrer Entfernung aus dem Wasser und/oder dem Gewässer, sofern gewünscht, aufgeschlossen und qualitativ und/oder quantitativ analysiert und/oder die darin enthaltenen Mikroplastik-Partikel, insbesondere agglomerierten Mikroplastik-Partikel, einer Wiederverwertung zugeführt werden, beispielsweise thermische Zersetzung (Pyrolyse) und/oder Einsatz als Füllmaterial. Ein weiterer Vorteil der Einschlussverbindungen beseht in ihrer ökotoxikologischen Unbedenklichkeit.
Im Hinblick auf die in den vorherigen Absätzen beschriebenen Prozesse, welche der Entfernung von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser und/oder einem Gewässer zugrunde liegen, hat sich weiterhin als insbesondere überraschend herausgestellt, dass die erfindungsgemäß vorgesehenen Alkyltrichlorsilane und/oder Silsesquioxane einerseits über eine (insbesondere aufgrund eines von der Alkylgruppe induzierten positiven Effektes, sogenannter +I-Effekt) ausreichende Anfangsstabilität in Wasser und/oder einem Gewässer verfügen, damit die für einen erfolgreichen Einschluss der Mikroplastik-Partikel vorgreiflichen Lokalisations- und/oder Agglomerationsschritte ablaufen können, und andererseits über eine in Wasser und/oder einem Gewässer ausreichende Reaktivität verfügen, damit ein Einschluss der Mikroplastik-Partikel aufgrund der Ausbildung eines Hybridkieselgels stattfinden kann, wodurch im Ergebnis eine Dismigration und/oder Deagglomeration und/oder Leaching der Mikroplastik-Partikel verhindert werden/wird.
Ein weiterer Vorteil von Alkyltrichlorsilanen besteht darin, dass es aufgrund ihrer Reaktivität in Wasser und/oder einem Gewässer, welche insbesondere in einer Katalyse durch die während der Hydrolyse freigesetzte Salzsäure begründet liegt, nicht zu einer Bioakkumulation des Alkyltrichlorsilans und/oder der intermediär entstehenden Silanolverbindungen in Wasser und/oder einem Gewässer kommt, so dass Alkyltrichlorsilane unter ökotoxikologischen Gesichtspunkten als unbedenklich einzustufen sind, wenigstens jedoch weitestgehend.
Das Alkyltrichlorsilan gemäß Formel I und/oder das Silsesquioxan gemäß Formel II können/kann insbesondere zur Behandlung, bevorzugt Reinigung, kommunaler Abwässer verwendet werden.
Daneben können/kann das Alkyltrichlorsilan gemäß Formel I und/oder das Silsesquioxan gemäß Formel II auch insbesondere zur Behandlung, bevorzugt Reinigung, industrieller Abwässer verwendet werden. Derartige Abwässer sind häufig durch einen extremen pH- Wert charakterisiert. Da sich der für die Ausbildung einer (makromolekularen) Hybridkieselgelstruktur verantwortliche Prozess, insbesondere Sol-Gel-Prozess, jedoch sowohl unter sauren pH-Wert- Bedingungen als auch unter alkalischen pH-Wert-Bedingungen katalysieren lässt, ist dies für eine Abtrennung von Mikroplastik-Partikel aus industriellen Abwässern unerheblich.
Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen Silsesquioxan vorzugsweise um ein käfigförmiges Silsesquioxan, d.h. um ein Silsesquioxan mit einer Käfigstruktur. Durch eine Käfigstruktur kann eine Lokalisation von Mikroplastik-Partikeln in Wasser und/oder einem Gewässer und mithin deren Entfernung aus Wasser und/oder einem Gewässer zusätzlich begünstigt werden.
Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung eines erfindungsgemäß vorgesehenen Silsesquioxans besteht darin, dass Silsesquioxane in Wasser aufgrund einer verlangsamten Reaktionskinetik im Vergleich zu Alkyltrichlorsilanen weniger reaktiv sind, wodurch eine bessere Reaktivitätskontrolle und mithin ein noch besseres Einschlussverhalten gegenüber Mikroplastik- Partikeln erreicht werden kann.Weiterhin weisen die erfindungsgemäß vorgesehenen Silsesquioxane gegenüber Alkyltrichlorsilanen eine verbesserte Mindesthaltbarkeit auf, wodurch auch größere Mengen an Silsesquioxanen zum Einsatz kommen können.
Weiterhin ist von Vorteil, dass die erfindungsgemäß vorgesehenen Silsesquioxane ökotoxikologisch unbedenklich einzustufen sind. Dadurch sind insbesondere bei einer Anwendung in einer Kläranlage keine erhöhten Sicherheitsstandards zu beachten.
Ein weiterer genereller Vorteil bei Verwendung eines Alkyltrichlorsilans und/oder Silsesquioxans besteht darin, dass Wasseranteile in möglichen Anwendungsformen keinen störenden Einfluss ausüben. Eine partielle Hydrolyse oder Präpolymerisation des Alkyltrichlorsilans und/oder Silsesquioxans zu einem Hybridkieselgel kann sogar im Hinblick auf ein Einschlussverhalten gegenüber Mikroplastik-Partikeln förderlich sein. Sofern eine partielle Hydrolyse bzw. Präpolymerisation nicht gewünscht ist, kann das Alkyltrichlorsilan und/oder Silsesquioxan wasserfrei oder im Wesentlichen wasserfrei verpackt und entsprechend wasserfrei bzw. im Wesentlichen wasserfrei zur Anwendung kommen.
Weiterhin kann es sich dem Silsesquioxan grundsätzlich um ein homofunktionalisiertes Silsesquioxan, d.h. um ein Silsesquioxan, bei welchem die Siliziumatome jeweils mit einer gleichen Alkylgruppe kovalent verknüpft sind, oder um ein heterofunktionalisiertes Silsesquioxan, d.h. um ein Silsesquioxan mit wenigstens zwei unterschiedlichen Alkylgruppen, handeln. In Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Alkyltrichlorsilan um ein ungeträgertes Alkyltrichlorsilan, d.h. um ein Alkyltrichlorsilan, welches nicht mit einem Trägermaterial, wie beispielsweise Aktivkohle oder einem Polyurethanschwamm, verbunden ist oder, anders ausgedrückt, welches frei von einem Trägermaterial, wie beispielsweise Aktivkohle oder einem Polyurethanschwamm, ist. Insbesondere kann es sich bei dem Alkyltrichlorsilan um ein Alkyltrichlorsilan handeln, welches nicht auf der Oberfläche eines Trägermaterials, insbesondere weder auf einer äußeren Oberfläche noch auf einer inneren Oberfläche eines Trägermaterials, gebunden ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Silsesquioxan um ein ungeträgertes Silsesquioxan, d.h. um ein Silsesquioxan, welches nicht mit einem Trägermaterial, wie beispielsweise Aktivkohle oder einem Polyurethanschwamm, verbunden ist oder, anders ausgedrückt, welches frei von einem Trägermaterial, wie beispielsweise Aktivkohle oder einem Polyurethanschwamm, ist. Insbesondere kann es sich beim Silsesquioxan um ein Silsesquioxan handeln, welches nicht auf der Oberfläche eines Trägermaterials, insbesondere weder auf einer äußeren Oberfläche noch auf einer inneren Oberfläche eines Trägermaterials, gebunden ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine Alkylgruppe mit 1 Kohlenstoffatom bis 16 Kohlenstoffatomen, insbesondere 3 Kohlenstoffatomen bis 14 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 4 Kohlenstoffatomen bis 8 Kohlenstoffatomen.
Besonders bevorzugt ist R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine Alkylgruppe mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen. Insoweit hat sich gezeigt, dass ein durch einen solchen Alkylrest erzeugter positiver induktiver Effekt (+I-Effekt) besonders gut in der Lage ist, einem entsprechenden Alkyltrichlorsilan und/oder Silsesquioxan eine in Wasser und/oder einem Gewässer ausreichende Anfangsstabilität zu verleihen, damit die vor dem Einschluss von Mikroplastik-Partikeln ablaufenden Lokalisations- und/oder Agglomerationsvorgänge in ausreichendem Umfang stattfinden können.
Bevorzugt ist R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine lineare Alkylgruppe, insbesondere mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen. Der im vorherigen Absatz erwähnte Vorteil gilt entsprechend.
Alternativ kann es bevorzugt sein, dass R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine verzweigte Alkylgruppe, insbesondere eine monoverzweigte oder mehrfach verzweigte Alkylgruppe, ist. Bevorzugt weist die verzweigte Alkylgruppe wenigstens 4 Kohlenstoffatome auf. Eine verzweigte Alkylgruppe hat gegenüber einer linearen Alkylgruppe den zusätzlichen Vorteil, dass aufgrund einer stärkeren sterischen Abschirmung des Siliziumatoms sowie eines aufgrund der Verzweigung der Alkylgruppe stärkeren positiven induktiven Effekts die Anfangsstabilität eines entsprechenden Alkyltrichlorsilans und/oder Silsesquioxans in Wasser und/oder einem Gewässer zusätzlich erhöht werden kann, wodurch die für den Einschluss von Mikroplastik-Partikeln erforderlichen Prozesse der Lokalisation und/oder Agglomeration von Mikroplastik-Partikeln besonders gut ablaufen können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe (2-Methylpropylgruppe), Hexylgruppe, Isohexylgruppe (4-Methylpentylgruppe),
2,4,4-Trimethylpentylgruppe, n-Octylgruppe, 6-Methylheptylgruppe, Nonylgruppe, Decylgruppe, Dodecylgruppe, Tetradecylgruppe und Hexadecylgruppe.
Insbesondere kann R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Hexylgruppe, Isohexylgruppe (4-Methylpentylgruppe),
2,4,4-Trimethylpentylgruppe, n-Octylgruppe, 6-Methylheptylgruppe, Nonylgruppe, Decylgruppe, Dodecylgruppe, Tetradecylgruppe, Hexadecylgruppe, Isomere davon und Isomerenmischungen davon.
Bevorzugt ist R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe (2-Methylpropylgruppe), n-Hexylgruppe,
2-Methylpentylgruppe, 3-Methylpentylgruppe, 2,2-Dimethylbutylgruppe, 2,3-
Dimethylbutylgruppe, n-Octylgruppe, 2-Methylheptylgruppe, 3-Methylheptylgruppe, 4-
Methylheptylgruppe, 2,2-Dimethylhexylgruppe, 2,3-Dimethylhexylgruppe, 2,4-
Dimethylhexylgruppe, 2,5-Dimethylhexylgruppe, 3,3-Dimethylhexylgruppe, 3,4-
Dimethylhexylgruppe, 3-Ethylhexylgruppe, 2,2,3-Trimethylpentylgruppe, 2,2,4-
T rimethylpentylgruppe, 2,4,4-T rimethylpentylgruppe, 2,3,3-T rimethylpentylgruppe, 2,3,4-
T rimethylpentylgruppe, 3-Ethyl-2-Methylpentylgruppe, 3-Ethyl-3-Methylpentylgruppe und
2,2,3,3-Tetramethylbutylgruppe.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe, n-Octylgruppe und 2,4,4-Trimethylpentylgruppe. Insbesondere kann R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe, n-Octylgruppe, 2,4,4- Trimethylpentylgruppe, Isomere davon und Isomerenmischungen davon.
Bevorzugt ist R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe, n-Octylgruppe, 2-Methylheptylgruppe, 3- Methylheptylgruppe, 4-Methylheptylgruppe, 2,2-Dimethylhexylgruppe, 2,3-Dimethylhexylgruppe,
2.4-Dimethylhexylgruppe, 2,5-Dimethylhexylgruppe, 3,3-Dimethylhexylgruppe, 3,4-
Dimethylhexylgruppe, 3-Ethylhexylgruppe, 2,2,3-Trimethylpentylgruppe, 2,2,4- Trimethylpentylgruppe, 2,4,4-Trimethylpentylgruppe, 2,3,3-Trimethylpentylgruppe, 2,3,4- Trimethylpentylgruppe, 3-Ethyl-2-Methylpentylgruppe, 3-Ethyl-3-Methylpentylgruppe und 2,2,3,3-T etramethylbutylgruppe.
Besonders bevorzugt ist R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine n- Butylgruppe. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, wenn es sich bei dem Alkyltrichlorsilan gemäß Formel I um n-Butyltrichlorsilan und/oder bei dem Silsesquioxan gemäß Formel II um ein mit n-Butylgruppen funktionalisiertes Silsesquioxan handelt.
Weiterhin ist es besonders bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine Isobutylgruppe ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß weiterhin besonders bevorzugt, wenn es sich bei dem Alkyltrichlorsilan gemäß Formel I um
Isobutyltrichlorsilan (2-Methylpropyltrichlorsilan) und/oder bei dem Silsesquioxan gemäß Formel II um ein mit Isobutylgruppen (2-Methylpropylgruppen) funktionalisiertes Silsesquioxan handelt.
Weiterhin ist es besonders bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine n-Octylgruppe ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß weiterhin besonders bevorzugt, wenn es sich bei dem Alkyltrichlorsilan gemäß Formel I um n-Octyltrichlorsilan und/oder bei dem Silsesquioxan gemäß Formel II um ein mit n-Octylgruppen funktionalisiertes Silsesquioxan handelt.
Weiterhin ist es besonders bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine 2,4,4-Trimethylpentylgruppe ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß weiterhin besonders bevorzugt, wenn es sich bei dem Alkyltrichlorsilan gemäß Formel I um
2.4.4-Trimethylpentyltrichlorsilan, d.h. um Isooctyltrichlorsilan (CAS: 18379-25-4), und/oder bei dem Silsesquioxan gemäß Formel II um ein mit 2,4,4-Trimethylpentylgruppen funktionalisiertes Silsesquioxan handelt. Die Verwendung von n-Butyltrichlorsilan und/oder Isobutyltrichlorsilan und/oder n-Octyltrichlorsilan und/oder 2,4,4-Trimethylpentyltrichlorsilan sind/ist erfindungsgemäß deswegen besonders bevorzugt, weil sie sich (jeweils) zum einen durch eine für den Ablauf der zuvor beschriebenen Lokalisations- und/oder Aggregationsvorgänge ausreichend hohe Anfangsstabilität in Wasser und/oder einem Gewässer auszeichnen. Dadurch sind/ist eine optimale Lokalisierung von Mikroplastik-Partikeln sowie insbesondere die Entstehung größerer Agglomerate von Mikroplastik-Partikeln und/oder die Entstehung einer größeren Anzahl von Mikroplastik-Partikel-Agglomeraten erzielbar. Zum anderen zeichnen sich insbesondere diese Alkyltrichlorsilanverbindungen durch eine ausreichend hohe Reaktivität aus, um basierend auf Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen in Wasser und/oder einem Gewässer ein für den Einschluss von Mikroplastik-Partikeln taugliches Hybridkieselgel zu bilden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bedeutet n in der Formel II eine ganze Zahl von 4 bis 16, insbesondere 6 bis 14, bevorzugt 6 bis 12. Dadurch können insbesondere gute inert-inert Wechselwirkungen, insbesondere Van-der-Waals-Wechselwirkungen und/oder hydrophobe Wechselwirkungen, zu Mikroplastik-Partikel ausgebildet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bedeutet n in der Formel II die ganze Zahl 6, 8, 10 oder 12. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, wenn es sich bei dem Silsesquioxan gemäß Formel II um ein Hexasilsesquioxan, Octasilsesquioxan, Decasilsesquioxan oder Dodecasilsesquioxan handelt. Dadurch können besonders gute inert-inert Wechselwirkungen, insbesondere Van-der- Waals-Wechselwirkungen und/oder hydrophobe Wechselwirkungen, zu Mikroplastik-Partikel ausgebildet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Silsesquioxan die nachstehende Formel III
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(Formel III), wobei R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom und O ein Sauerstoffatom bedeuten.
Bevorzugt ist die Alkylgruppe R (in der Formel III) eine Alkylgruppe mit 1 Kohlenstoffatom bis 16 Kohlenstoffatomen, insbesondere 3 Kohlenstoffatomen bis 14 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 4 Kohlenstoffatomen bis 8 Kohlenstoffatomen.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Alkylgruppe R (in der Formel III) eine Alkylgruppe, insbesondere eine lineare oder verzweigte, insbesondere monoverzweigte oder mehrfach verzweigte, Alkylgruppe, vorzugsweise mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen, ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Alkylgruppe R (in der Formel III) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe (2-Methylpropylgruppe), Hexylgruppe, Isohexylgruppe (4-Methylpentylgruppe), 2,4,4-Trimethylpentylgruppe, n-Octylgruppe, 6-Methylheptylgruppe, Nonylgruppe, Decylgruppe, Dodecylgruppe, Tetradecylgruppe und Hexadecylgruppe.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Alkylgruppe R (in der Formel III) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe, n-Octylgruppe und 2,4,4-Trimethylpentylgruppe. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, wenn es sich bei dem Silsesquioxan der vorliegenden Erfindung um ein Octa-n-butyl-silsesquioxan, Octa-isobutyl- silsesquioxan (Octa-2-methylpropyl-silsesquioxan), Octa-n-octyl-silsesquioxan oder Octa-2,4,4- trimethylpentyl-silsesquioxan handelt.
Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile, insbesondere in Bezug auf die Alkylgruppe R (in der Formel III), wird vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen. Die dort insoweit insbesondere in Bezug auf die Alkylgruppe R gemachten Ausführungen gelten sinngemäß auf für das Silsesquioxan gemäß Formel III.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Alkylgruppe in der Formel II und/oder in der Formel III wenigstens zwei verschiedene Alkylgruppen, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe (2-Methylpropylgruppe), Hexylgruppe, Isohexylgruppe (4-Methylpentylgruppe), 2,4,4-Trimethylpentylgruppe, n-Octylgruppe, 6-Methylheptylgruppe, Nonylgruppe, Decylgruppe, Dodecylgruppe, Tetradecylgruppe und Hexadecylgruppe. Mit anderen Worten kann es erfindungsgemäß weiterhin bevorzugt sein, wenn es sich bei dem Silsesquioxan gemäß Formel II und/oder Formel III um ein Silsesquioxan mit wenigstens zwei unterschiedlichen Alkylgruppen handelt (sogenanntes heterofunktionalisiertes Silsesquioxan), wobei die Alkylgruppen insbesondere ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe (2-Methylpropylgruppe), Hexylgruppe, Isohexylgruppe (4-Methylpentylgruppe), 2,4,4-Trimethylpentylgruppe, n- Octylgruppe, 6-Methylheptylgruppe, Nonylgruppe, Decylgruppe, Dodecylgruppe, Tetradecylgruppe und Hexadecylgruppe.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Alkyltrichlorsilan um einen Reinstoff, d.h. um einen einzigen Typ eines Alkyltrichlorsilans, oder um ein Gemisch, d.h. eine Mischung, verschiedener Alkyltrichlorsilane. Insbesondere kann es sich bei dem Alkyltrichlorsilan um ein Gemisch von isomeren Alkyltrichlorsilanen, bevorzugt um ein Gemisch von verzweigten isomeren Alkyltrichlorsilanen, handeln. Dadurch sind mit besonderem Vorteil zeit- und kostenintensive Aufreinigungsschritte entbehrlich. Insbesondere kann es sich bei dem Alkyltrichlorsilan um ein Gemisch bzw. eine Mischung von wenigstens zwei verschiedenen Alklytrichlorsilanen handeln, welche vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus n-Butyltrichlorsilan, Isobutyltrichlorsilan, n-Octyltrichlorsilan und 2,4,4- Trimethylpentyltrichlorsilan. Bezüglich weiterer geeigneter Alkyltrichlorsilane sei vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Silsesquioxan um einen Reinstoff, d.h. um einen einzigen Typ eines Silsesquioxans, oder um ein Gemisch, d.h. eine Mischung, verschiedener Silsesquioxane. Bei dem Silsesquioxan kann es sich insbesondere um ein Gemisch von isomeren Silsesquioxanen, bevorzugt um ein Gemisch von verzweigten isomeren Silsesquioxanen, handeln. Dadurch kann mit besonderem Vorteil auf zeit- und kostenintensive Aufreinigungsmaßnahmen verzichtet werden. Insbesondere kann es sich bei dem Silsesquioxan um ein Gemisch bzw. eine Mischung von wenigstens zwei verschiedenen Silsesquioxanen handeln, welche vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Octa-n-butyl-silsesquioxan, Octa-isobutyl-silsesquioxan (Octa-2-methylpropyl- silsesquioxan), Octa-n-octyl-silsesquioxan und Octa-2,4,4-trimethylpentyl-silsesquioxan. Bezüglich weiterer geeigneter Silsesquioxane sei vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Mikroplastik-Partikel einen Kunststoff auf oder bestehen aus einem Kunststoff, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen (PE) wie Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) und/oder Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyurethan (PU), Polyamid (PA), Polycarbonat (PC), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyoxymethylen (PMO), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyacrylnitril (PAN), Copolymere von wenigstens zwei der genannten Kunststoffe und Kombinationen, insbesondere Mischungen (Blends), von wenigstens zwei der genannten Kunststoffe.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Mikroplastik-Partikel einen Durchmesser, insbesondere mittleren Durchmesser, von 100 nm bis 5 mm, insbesondere 10 gm bis 5 mm, bevorzugt 100 gm bis 1 mm, auf.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entfernen von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser, insbesondere Abwasser und/oder Betriebswasser und/oder Sickerwasser und/oder Trinkwasser, und/oder einem Gewässer und/oder zum Behandeln, insbesondere Reinigen, von Wasser, insbesondere Abwasser und/oder Betriebswasser und/oder Sickerwasser und/oder Trinkwasser, und/oder eines Gewässers.
Das Verfahren weist folgende Schritte auf: a) Dosieren oder Zugeben eines Alkyltrichlorsilans der nachstehenden Formel I
R-SiCI3 (Formel I),
wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom und CI ein Chloratom bedeuten, und/oder
Dosieren oder Zugeben eines Silsesquioxans der nachstehenden Formel II
[RSi03/2]n (Formel II),
wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom, O ein Sauerstoffatom und n eine ganze Zahl bedeuten, zu einem mikroplastikpartikelhaltigen Wasser, d.h. einem Wasser, welches Mikroplastik- Partikel, insbesondere inerte und/oder hydrophobe Mikroplastik-Partikel, enthält, und/oder einem mikroplastikpartikelhaltigen Gewässer, d.h. einem Gewässer, welches Mikroplastik-Partikel, insbesondere inerte und/oder hydrophobe Mikroplastik-Partikel, enthält, und b) Entfernen von nach Zugeben des Alkyltrichlorsilans und/oder des Silsesquioxans entstandenen Einschluss- und/oder Inkalationsverbindungen aus dem Wasser und/oder dem Gewässer, wobei die Einschluss- und/oder Inkalationsverbindungen jeweils ein Hybridkieselgel und Mikroplastik-Partikel, insbesondere agglomerierte Mikroplastik- Partikel, aufweisen, wobei das Hybridkieselgel durch Umsetzung des Alkyltrichlorsilans und/oder des Silsesquioxans in dem Wasser und/oder Gewässer gebildet oder hergestellt ist und das Hybridkieselgel die Mikroplastik-Partikel, insbesondere die agglomerierten Mikroplastik-Partikel, wenigstens teilweise, insbesondere nur teilweise oder vollständig, einschließt oder umgibt.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Alkyltrichlorsilan um ein ungeträgertes Alkyltrichlorsilan, d.h. um ein Alkyltrichlorsilan, welches nicht mit einem Trägermaterial, wie beispielsweise Aktivkohle oder einem Polyurethanschwamm, verbunden ist oder, anders ausgedrückt, welches frei von einem Trägermaterial, wie beispielsweise Aktivkohle oder einem Polyurethanschwamm, ist. Insbesondere kann es sich bei dem Alkyltrichlorsilan um ein Alkyltrichlorsilan handeln, welches nicht auf der Oberfläche eines Trägermaterials, insbesondere weder auf einer äußeren Oberfläche noch auf einer inneren Oberfläche eines Trägermaterials, gebunden ist.
Bei dem Silsesquioxan handelt es sich vorzugsweise um ein ungeträgertes Silsesquioxan, d.h. um ein Silsesquioxan, welches nicht mit einem Trägermaterial, wie beispielsweise Aktivkohle oder einem Polyurethanschwamm, verbunden ist oder, anders ausgedrückt, welches frei von einem Trägermaterial, wie beispielsweise Aktivkohle oder einem Polyurethanschwamm, ist. Insbesondere kann es sich beim Silsesquioxan um ein Silsesquioxan handeln, welches nicht auf der Oberfläche eines Trägermaterials, insbesondere weder auf einer äußeren Oberfläche noch auf einer inneren Oberfläche eines Trägermaterials, gebunden ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine Alkylgruppe mit 1 Kohlenstoffatom bis 16 Kohlenstoffatomen, insbesondere 3 Kohlenstoffatomen bis 14 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 4 Kohlenstoffatomen bis 8 Kohlenstoffatomen, ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine Alkylgruppe mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine lineare Alkylgruppe, insbesondere mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen, ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine verzweigte Alkylgruppe, insbesondere eine monoverzweigte oder mehrfach verzweigte Alkylgruppe, ist. Bevorzugt weist die verzweigte Alkylgruppe wenigstens 4 Kohlenstoffatome auf.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe (2- Methylpropylgruppe), Hexylgruppe, Isohexylgruppe (4-Methylpentylgruppe), 2,4,4- Trimethylpentylgruppe, n-Octylgruppe, 6-Methylheptylgruppe, Nonylgruppe, Decylgruppe, Dodecylgruppe, Tetradecylgruppe und Hexadecylgruppe.
Insbesondere kann R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Hexylgruppe, Isohexylgruppe (4-Methylpentylgruppe), 2,4,4-Trimethylpentylgruppe, n-Octylgruppe, 6-Methylheptylgruppe, Nonylgruppe, Decylgruppe, Dodecylgruppe, Tetradecylgruppe, Hexadecylgruppe, Isomere davon und Isomerenmischungen davon.
Bevorzugt ist R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe (2-Methylpropylgruppe), n-Hexylgruppe, 2-Methylpentylgruppe, 3-Methylpentylgruppe, 2,2-Dimethylbutylgruppe, 2,3- Dimethylbutylgruppe, n-Octylgruppe, 2-Methylheptylgruppe, 3-Methylheptylgruppe, 4- Methylheptylgruppe, 2,2-Dimethylhexylgruppe, 2,3-Dimethylhexylgruppe, 2,4- Dimethylhexylgruppe, 2,5-Dimethylhexylgruppe, 3,3-Dimethylhexylgruppe, 3,4- Dimethylhexylgruppe, 3-Ethylhexylgruppe, 2,2,3-Trimethylpentylgruppe, 2,2,4- Trimethylpentylgruppe, 2,4,4-Trimethylpentylgruppe, 2,3,3-Trimethylpentylgruppe, 2,3,4- Trimethylpentylgruppe, 3-Ethyl-2-Methylpentylgruppe, 3-Ethyl-3-Methylpentylgruppe und 2,2,3,3-T etramethylbutylgruppe.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe, n-Octylgruppe und 2,4,4-Trimethylpentylgruppe.
Insbesondere kann R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe, n-Octylgruppe, 2,4,4- Trimethylpentylgruppe, Isomere davon und Isomerenmischungen davon.
Bevorzugt ist R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe, n-Octylgruppe, 2-Methylheptylgruppe, 3- Methylheptylgruppe, 4-Methylheptylgruppe, 2,2-Dimethylhexylgruppe, 2,3-Dimethylhexylgruppe, 2,4-Dimethylhexylgruppe, 2,5-Dimethylhexylgruppe, 3,3-Dimethylhexylgruppe, 3,4-
Dimethylhexylgruppe, 3-Ethylhexylgruppe, 2,2,3-Trimethylpentylgruppe, 2,2,4- Trimethylpentylgruppe, 2,4,4-Trimethylpentylgruppe, 2,3,3-Trimethylpentylgruppe, 2,3,4- Trimethylpentylgruppe, 3-Ethyl-2-Methylpentylgruppe, 3-Ethyl-3-Methylpentylgruppe und 2,2,3,3-T etramethylbutylgruppe.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn n in der Formel II eine ganze Zahl von 4 bis 16, insbesondere 6 bis 14, bevorzugt 6 bis 12, bedeutet.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn n in der Formel II die ganze Zahl 6, 8, 10 oder 12 bedeutet.
Der Schritt a) kann grundsätzlich manuell, halbautomatisch oder (vollständig) automatisch durchgeführt werden. Bevorzugt wird der Schritt a) halbautomatisch oder (vollständig) automatisch durchgeführt.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn Schritt b) mittels Filtration, insbesondere mittels Rechen- oder Sandfang, vorgenommen wird. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Schritt a) und/oder der Schritt b) in einer Kläranlage, d.h. einer Abwasserbehandlungsanlage, insbesondere in einem Belebungsbecken und/oder einem Nachklärbecken davon, vorgenommen werden/wird.
Bei der Kläranlage bzw. Abwasserbehandlungsanlage kann es sich grundsätzlich um eine zentrale, d. h. stationäre, Kläranlage bzw. Abwasserbehandlungsanlage oder um eine dezentrale, d. h. mobile, Kläranlage bzw. Abwasserbehandlungsanlage, wie beispielsweise einen Container handeln.
Unter dem Ausdruck „Nachklärbecken“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Reinigungsstufe einer Kläranlage bzw. Abwasserbehandlungsanlage verstanden werden, welche üblicherweise zusammen mit einem Belebungsbecken, in welchem ein sogenannter Belebtschlamm durch Absetzen aus dem Abwasser abgetrennt wird, eine Prozesseinheit bildet.
Unter dem Ausdruck „Belebungsbecken“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Reinigungsstufe einer Kläranlage bzw. Abwasserbehandlungsanlage verstanden werden, in welcher Abwasserinhaltsstoffe (eines frischen Abwassers) durch Belüften eines mit Belebtschlamm versetzten Abwassers biotisch oxidativ abgebaut werden.
Unter dem Ausdruck „Belebtschlamm“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Ansammlung an Mikroorganismen verstanden werden, welche bei der aeroben biologischen Abwasserreinigung organische Stoffe abbauen. Der Belebtschlamm besteht vor allem aus Bakterien, Pilzen und Protozoen.
Weiterhin kann es bevorzugt sein, wenn der Schritt a) und/oder Schritt b) vor oder nach einem Umkehrosmoseschritt durchgeführt werden/wird.
Weiterhin kann es bevorzugt sein, wenn der Schritt a) und/oder Schritt b) vor oder nach einem Meersalzgewinnungsschritt durchgeführt werden/wird.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn vor Durchführen von Schritt a) und/oder während des Durchführens von Schritt a) das Wasser und/oder das Gewässer, insbesondere wenigstens abschnittsweise, bevorzugt nur abschnittsweise, in eine Drehbewegung versetzt werden/wird. Dadurch kann mit besonderem Vorteil eine für einen erfolgreichen Einschluss der Mikroplastik- Partikel vorgreifliche Lokalisation und/oder Aggregation der Mikroplastik-Partikel begünstigt werden. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn vor Durchführen von Schritt a) und/oder während des Durchführens von Schritt a) in dem Wasser und/oder dem Gewässer, insbesondere wenigstens abschnittsweise, bevorzugt nur abschnittsweise, ein Strudel erzeugt wird und das Alkyltrichlorsilan und/oder das Silsesquioxan in einen Sogtrichter des Strudels zugegeben werden/wird. Auf diese Weise kann eine für einen erfolgreichen Einschluss der Mikroplastik- Partikel erforderliche Lokalisation und/oder Aggregation der Mikroplastik-Partikel besonders effektiv erzielt werden.
Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Verfahrens, insbesondere des Alkyltrichlorsilans und/oder des Silsesquioxans, wird vollständig auf die im Rahmen des ersten Erfindungsaspekts gemachten Ausführungen Bezug genommen. Die dort im Übrigen gemachten Ausführungen gelten sinngemäß auch für das Verfahren gemäß zweitem Erfindungsaspekt.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Einschluss- und/oder Inkalationsverbindung, welche ein Hybridkieselgel und Mikroplastik-Partikel, insbesondere agglomerierte Mikroplastik-Partikel, aufweist, wobei das Hybridkieselgel durch Umsetzung eines Alkyltrichlorsilans der nachstehenden Formel I
R-SiCI3 (Formel I),
wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom und CI ein Chloratom bedeuten, und/oder durch Umsetzung eines Silsesquioxans der nachstehenden Formel II
[RSi03/2]n (Formel II), wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom, O ein Sauerstoffatom und n eine ganze Zahl bedeuten, in Wasser und/oder einem Gewässer gebildet oder hergestellt ist und das Hybridkieselgel die Mikroplastik-Partikel, insbesondere die agglomerierten Mikroplastik- Partikel, wenigstens teilweise, insbesondere nur teilweise oder vollständig, einschließt oder umgibt.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine Alkylgruppe mit 1 Kohlenstoffatom bis 16 Kohlenstoffatomen, insbesondere 3 Kohlenstoffatomen bis 14 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 4 Kohlenstoffatomen bis 8 Kohlenstoffatomen, ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine Alkylgruppe mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine lineare Alkylgruppe, insbesondere mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen, ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine verzweigte Alkylgruppe, insbesondere eine monoverzweigte oder mehrfach verzweigte Alkylgruppe, ist. Bevorzugt weist die verzweigte Alkylgruppe wenigstens 4 Kohlenstoffatome auf.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe (2- Methylpropylgruppe), Hexylgruppe, Isohexylgruppe (4-Methylpentylgruppe), 2,4,4- Trimethylpentylgruppe, n-Octylgruppe, 6-Methylheptylgruppe, Nonylgruppe, Decylgruppe, Dodecylgruppe, Tetradecylgruppe und Hexadecylgruppe.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe, n-Octylgruppe und 2,4,4-Trimethylpentylgruppe.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn n in der Formel II eine ganze Zahl von 4 bis 16, insbesondere 6 bis 14, bevorzugt 6 bis 12, bedeutet.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn n in der Formel II die ganze Zahl 6, 8, 10 oder 12 bedeutet.
Die Einschluss- und/oder Inkalationsverbindung kann, abhängig von der Reaktivität des Alkyltrichlorsilans und/oder des Silsesquioxans und/oder abhängig von der Reaktions- oder Kontaktzeit, variable Partikeldurchmesser, insbesondere variable mittlere Partikeldurchmesser, aufweisen. Beispielsweise kann die Einschluss- und/oder Inkalationsverbindung einen Partikeldurchmesser, insbesondere einen mittleren Partikeldurchmesser, von 1 cm bis 6 cm aufweisen. Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der Einschluss- und/oder Inkalationsverbindung wird ebenfalls auf die bisherige Beschreibung, insbesondere auf die im Rahmen des ersten Erfindungsaspekts gemachten Ausführungen, Bezug genommen. Die dort im Übrigen gemachten Ausführungen gelten sinngemäß auch für die Einschluss- und/oder Inkalationsverbindung gemäß drittem Erfindungsaspekt.
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Kit zum Entfernen von Mikroplastik- Partikeln aus Wasser, insbesondere Abwasser und/oder Betriebswasser und/oder Sickerwasser und/oder Trinkwasser, und/oder einem Gewässer und/oder zum Behandeln, insbesondere Reinigen, von Wasser, insbesondere Abwasser und/oder Betriebswasser und/oder Sickerwasser und/oder Trinkwasser, und/oder eines Gewässers.
Das Kit weist Folgendes auf: ein Alkyltrichlorsilan der nachstehenden Formel I
R-SiCI3 (Formel I),
wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom und CI ein Chloratom bedeuten, und/oder ein Silsesquioxan der nachstehenden Formel II
[RSi03/2]n (Formel II), wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom, O ein Sauerstoffatom und n eine ganze Zahl bedeuten.
Zusätzlich weist das Kit, insbesondere räumlich getrennt von dem Alkyltrichlorsilan gemäß Formel I und/oder dem Silsesquioxan gemäß Formel II, wenigstens eine weitere Komponente auf. Die weitere Komponente ist vorzugsweise ein Adsorptionsmittel, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aktivkohle, Calcium-Silica-Hydrate, Polonit, Gesteine und Kombinationen von wenigstens zwei der genannten Adsorptionsmittel.
Es ist bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine Alkylgruppe mit 1 Kohlenstoffatom bis 16 Kohlenstoffatomen, insbesondere 3 Kohlenstoffatomen bis 14 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 4 Kohlenstoffatomen bis 8 Kohlenstoffatomen, ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine Alkylgruppe mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine lineare Alkylgruppe, insbesondere mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen, ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine verzweigte Alkylgruppe, insbesondere eine monoverzweigte oder mehrfach verzweigte Alkylgruppe, ist. Bevorzugt weist die verzweigte Alkylgruppe wenigstens 4 Kohlenstoffatome auf.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe (2- Methylpropylgruppe), Hexylgruppe, Isohexylgruppe (4-Methylpentylgruppe), 2,4,4- Trimethylpentylgruppe, n-Octylgruppe, 6-Methylheptylgruppe, Nonylgruppe, Decylgruppe, Dodecylgruppe, Tetradecylgruppe und Hexadecylgruppe.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe, n-Octylgruppe und 2,4,4-Trimethylpentylgruppe.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn n in der Formel II eine ganze Zahl von 4 bis 16, insbesondere 6 bis 14, bevorzugt 6 bis 12, bedeutet.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn n in der Formel II die ganze Zahl 6, 8, 10 oder 12 bedeutet.
Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Kits wird ebenfalls vollständig auf die bisherige Beschreibung, insbesondere auf die im Rahmen des ersten Erfindungsaspekts gemachten Ausführungen, Bezug genommen. Die dort im Übrigen gemachten Ausführungen gelten sinngemäß auch für das Kit gemäß viertem Erfindungsaspekt.
Gemäß einem fünften Aspekt betrifft die Erfindung eine Wasserbehandlungsanlage. Die Wasserbehandlungsanlage weist eine Einrichtung zum Aufbewahren und/oder Zuführen einer Verbindung zum Entfernen von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser, insbesondere Abwasser und/oder Betriebswasser und/oder Sickerwasser und/oder Trinkwasser, und/oder einem Gewässer und/oder zum Behandeln, insbesondere Reinigen, von Wasser, insbesondere Abwasser und/oder Betriebswasser und/oder Sickerwasser und/oder Trinkwasser, und/oder eines Gewässers auf.
Die Einrichtung enthält ein Alkyltrichlorsilan der nachstehenden Formel I
R-SiCI3 (Formel I),
wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom und CI ein Chloratom bedeuten, und/oder ein Silsesquioxan der nachstehenden Formel II
[RSi03/2]n (Formel II),
wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom, O ein Sauerstoffatom und n eine ganze Zahl bedeuten.
Bei der Wasserbehandlungsanlage handelt es sich bevorzugt um eine Kläranlage, d.h. um eine Abwasserbehandlungsanlage. Bei der Kläranlage bzw. Abwasserbehandlungsanlage kann es sich grundsätzlich um eine zentrale, d. h stationäre, Kläranlage bzw.
Abwasserbehandlungsanlage oder um eine dezentrale, d. h. mobile, Kläranlage bzw. Abwasserbehandlungsanlage, wie beispielsweise einen Container, handeln.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Einrichtung einer letzten Reinigungsstufe, insbesondere einem Belebtschlammbecken und/oder einem Nachklärbecken, der Wasserbehandlungsanlage zugeordnet ist.
Weiterhin kann es sich bei der Wasserbehandlungsanlage um eine Umkehrosmoseanlage handeln.
Weiterhin kann es sich bei der Wasserbehandlungsanlage um eine Meersalzgewinnungsanlage handeln.
Weiterhin kann es sich bei der Wasserbehandlungsanlage um eine
Trinkwassergewinnungsanlage handeln. Es ist bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine Alkylgruppe mit 1 Kohlenstoffatom bis 16 Kohlenstoffatomen, insbesondere 3 Kohlenstoffatomen bis 14 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 4 Kohlenstoffatomen bis 8 Kohlenstoffatomen, ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine Alkylgruppe mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine lineare Alkylgruppe, insbesondere mit wenigstens 4 Kohlenstoffatomen, ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, eine verzweigte Alkylgruppe, insbesondere eine monoverzweigte oder mehrfach verzweigte Alkylgruppe, ist. Bevorzugt weist die verzweigte Alkylgruppe wenigstens 4 Kohlenstoffatome auf.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe (2- Methylpropylgruppe), Hexylgruppe, Isohexylgruppe (4-Methylpentylgruppe), 2,4,4- Trimethylpentylgruppe, n-Octylgruppe, 6-Methylheptylgruppe, Nonylgruppe, Decylgruppe, Dodecylgruppe, Tetradecylgruppe und Hexadecylgruppe.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn R, d.h. die Alkylgruppe R in der Formel I und/oder Formel II, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe, n-Octylgruppe und 2,4,4-Trimethylpentylgruppe.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn n in der Formel II eine ganze Zahl von 4 bis 16, insbesondere 6 bis 14, bevorzugt 6 bis 12, bedeutet.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn n in der Formel II die ganze Zahl 6, 8, 10 oder 12 bedeutet.
Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der Wasserbehandlungsanlage wird ebenfalls vollständig auf die im Rahmen der bisherigen Beschreibung, insbesondere auf die im Rahmen des ersten Erfindungsaspekts gemachten Ausführungen, Bezug genommen. Die dort im Übrigen gemachten Ausführungen gelten sinngemäß auch für die Wasserbehandlungsanlage gemäß fünftem Erfindungsaspekt. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen in Form von Figuren und Beispielen. Dabei können einzelne Merkmale jeweils für sich alleine oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die nachfolgend beschriebenen Beispiele dienen lediglich der weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne die Erfindung auf den Offenbarungsgehalt der Beispiele zu beschränken.
FIGURENKURZBESCHREIBUNG
In den Figuren ist Folgendes schematisch dargestellt:
Fig.1 : das Reaktionsschema zur Herstellung eines Hybridkieselgels ausgehend von einem Alkyltrichlorsilan und Wasser und
Fig. 2a-d: die Strukturformeln einiger erfindungsgemäß besonders bevorzugter
Alkyltrichlorsilane,
Fig. 1 zeigt schematisch das grundsätzliche Reaktionsschema, welches der Umsetzung eines Alkyltrichlorsilans 1 zu einem Hybridkieselgel 3, insbesondere makromolekularem Hybridkieselgel 3, welches zum Einschluss von Mikroplastik-Partikeln und/oder agglomerierten Mikroplastik-Partikeln tauglich ist, zugrunde liegt.
Bei Kontakt mit Wasser werden die Silicium-Chlor-Bindungen des Alkyltrichlorsilans 1 unter Entstehung von Salzsäure zu Silanolverbindungen 2 hydrolysiert. Aufgrund einer katalytischen Wirkung der freigesetzten Salzsäure durchlaufen die intermediär auftretenden Silanolverbindungen 2 rasch Kondensationsreaktionen, wobei das Hybridkieselgel 3 entsteht.
Über die Alkylgruppe des Alkyltrichlorsilans 1 ist es möglich, im Wasser und/oder einem Gewässer verteilte Mikroplastik-Partikel zu lokalisieren und zu aggregieren. Hierfür ist eine gewisse Anfangsstabilität des Alkyltrichlorsilans von Vorteil, damit eine ausreichende Lokalisation und Aggregation von Mikroplastik-Partikeln erfolgen kann, ehe der Einschluss der Mikroplastik-Partikel/aggregierten Mikroplastik-Partikel durch Ausbildung des Hybridkieselgels, insbesondere im Wege eines Sol-Gel-Prozesses, erfolgt.
Bei dem Alkyltrichlorsilan kann es sich insbesondere um n-Butyltrichlorsilan, Isobutyltrichlorsilan, n-Octyltrichlorsilan oder 2,4, 4-Trimethylpentyltrichlorsilan handeln. Fig. 2a zeigt die Strukturformel von n-Butyltrichlorsilan. Fig. 2b zeigt die Strukturformel von Isobutyltrichlorsilan. Fig. 2c zeigt die Strukturformel von n-Octyltrichlorsilan. Fig. 2d zeigt die Strukturformel von 2,4,4-Trimethylpentyltrichlorsilan. Die Verwendung dieser Alkyltrichlorsilane zur Entfernung von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser und/oder einem Gewässer und/oder zur Behandlung, insbesondere Reinigung, von Wasser und/oder eines Gewässers ist erfindungsgemäß besonders bevorzugt.
BEISPIELTEIL
1. Allgemeine Versuchsvorschrift zur Bildung von Agglomerationsverbindungen
1.1 Labormaßstab
100 mg Mikroplastikpulver (PE, PP oder Mischungen) (150 gm - 300 gm) und 1 I destilliertes Wasser wurden in ein 2 L Rundkoben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). Eine geringe Menge (ca 50-100 pmol) Agglomerationsreagenz wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Nach 20 min, wurde das Gemisch gefiltert und der weiße Feststoff wurde bei 105°C für 24 h getrocknet. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel innerhalb von 3-4 min. Nach 2 min setzte die Gelbildung ein und ein großes Agglomerat wurde gebildet, welches an der Wasseroberfläche trieb (Fixierung). Nach 10 min war kein freies PE, PP oder Gemischen aus beidem mehr ungebunden im Reaktionsgefäß. Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7.
1.2 Technikumsmaßstab
100 g Mikroplastikpulver (PP, PE/PP(1/1 ) (150 pm - 300 pm) und 2000 I Brauchwasser (Nachklärbecken) wurden in einen diskontinuierlichen 2000-L-Batch-Reaktor gefüllt. Anschließend wurde bei Raumtemperatur 24 h 250 U/min gerührt (Quellprozess). Der Agglomerationsprozess wurde eingeleitet in dem Agglomerationsreagenz (ca 50-100 mmol) hinzugegeben wurde und das Gemisch 24 h, bei Raumtemperatur und 250 U/min gerührt wurde. Die Mischung wurde filtriert und die agglomerierten weißen Feststoffe wurden bei 105 °C für 24 h getrocknet. Die agglomerierten Feststoffe hatten einen Durchmesser von 2-6 cm.
2. Allgemeine Informationen GUR 4150 UHMW-PE Partikel wurden von Celanese bezogen. Weitere PE (LDPE, HDPE)und PP Mikroplastikpartikel wurden von der Firma LyondellBasell erworben.
Die in untenstehender Table 1 aufgeführten Alkyltrichlorsilane und Silsesquioxane wurden in den nachfolgend beschriebenen Versuchen eingesetzt.
Figure imgf000032_0001
Tabelle 1 : verwendete Alkyltrichlorsilane und Silsesquioxane
Environmental Scanning Electron Microscopes (ESEM)-Aufnahmen von Hybridkieselgelen (Probengröße bis zu 3 mm) wurden unter Verwendung eines FEI Quanta 250 ESEM (FEI Company, Hillsboro, USA) mit geringem Vakuum (60 und 80 Pa) aufgenommen. Um Bilder mit guter Qualität zu erzeugen, wurde ein Large-Field-Detektor (LFD) mit einer Beschleunigungsspannung zwischen 7 und 20 kV verwendet. Die IR-Spektren wurden mit FTIR Nicolet iS10 (Thermo, Dreieich, Deutschland) und FTIR Nicolet iS5 (Thermo, Dreieich, Deutschland) gemessen. Zusätzlich wurden IR-Spektren auf VARIAN FT-IR 630 mit ATR-Hecht (4000-400 cm-1 ) aufgenommen.
3. Allgemeine Versuchsvorschrift zur Bildung von Agglomerationsverbindungen
100 mg Mikroplastikpulver (PE, PP oder Mischungen) (150 gm - 300 gm) und 1 I destilliertes Wasser wurden in ein 2 L Rundkoben vorgelegt und stark gerührt. Eine geringe Menge (1 *103 mol) Agglomerationsreagenz (Versuche 1 -6) wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Nach 20 min wurde das Gemisch gefiltert und der weiße Feststoff wurde bei 60°C für 24 h getrocknet.
4. Versuche
4.1 Synthese einer Mikroplastik-Einschlussverbindung unter Verwendung von n- Octyltrichlorsilan
4.1 .1 Synthese eines Hybridkieselgels auf Basis von n-Octyltrichlorsilan
1 L destilliertes Wasser wurde in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt. 43.2 prnol n-Octyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Die Gelbildung setzte direkt bei Wasserkontakt ein und mehrere Agglomerate wurden gebildet. Nach 20 min wurde das Gemisch gefiltert, mit Wasser gewaschen und der weiße, sehr voluminöse Feststoff wurde bei 60 °C für 24 h getrocknet. Es entstand ein transparenter Feststoff.
EA: C 77.93, H 14.44, N 0
IR: n-octyl bei v (CH2) 2951 cm 1 , 2905 cm 1 , d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.1 .2 Synthese einer LDPE/HDPE-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (LDPE/HDPE) (50 gm - 300 gm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 43.2 pmol n- Octyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel zum Teil (ca. 50 %) innerhalb von 3-4 min. Die Gelbildung setzte direkt bei Wasserkontakt ein und mehrere Agglomerate wurden gebildet, welche an der Wasseroberfläche trieben (Fixierung). Nach 10 min waren 50 % (Massebilanz) PE gebunden und 50 % ungebunden im Reaktionsgefäß vorliegend. Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Es wurde weitere 10 min gerührt, anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein transparenter Feststoff mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA: C 79.23, H 14.00, N 0
IR: PE v (CH2) 2920 2870 cm 1 (R= n-octyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1 , 2905 cm 1), d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si) 1 106 cm 1. 4.1 .3 Synthese einer PP-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (PP) (50 gm - 300 gm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 43.2 pmol n-Octyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel zum Teil (ca. 50 %) innerhalb von 3-4 min. Die Gelbildung setzte direkt bei Wasserkontakt ein und mehrere Agglomerate wurden gebildet, welche an der Wasseroberfläche trieben (Fixierung). Nach 10 min waren 50 % (Massebilanz) PE gebunden und 50 % ungebunden im Reaktionsgefäß vorliegend. Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Es wurde weitere 10 min gerührt, anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein transparenter Feststoff mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA: C 76.80, H 14.05, N 0
IR: PP v (CH2) 2920 2870 cm 1 (R= n-octyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1 , 2905 cm 1 , d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.1 .4 Synthese einer PE/PP-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (LDPE/HDPE/PP 0,5/0, 5/1 ) (50 pm - 300 pm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 43.2 pmol n-Octyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel zum Teil (ca. 50 %) innerhalb von 3-4 min. Die Gelbildung setzte direkt bei Wasserkontakt ein und mehrere Agglomerate wurden gebildet, welche an der Wasseroberfläche trieben (Fixierung). Nach 10 min waren 50 % (Massebilanz) Mikroplastikgemisch gebunden und 50 % ungebunden im Reaktionsgefäß vorliegend. Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Es wurde weitere 10 min gerührt, anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein transparenter Feststoff mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
IR: PE/PP v (CH2) 2920 2870 cm 1 (R= n-octyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1 , 2905 cm 1 , d (CH) 1430-1485 cm 1, v (Si-O-Si) 1 106 cm 1. 4.2 Synthese einer Mikroplastik-Einschlussverbindung unter Verwendung von n- Butyltrichlorsilan
4.2.1 Synthese eines Hybridkieselgels auf Basis von n-Butyltrichlorsilan
1 L destilliertes Wasser wurde in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt. 60.5 pmol n-Butyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete kleine Tröpfchen, welche auf den Boden absanken. Die Gelbildung setzt nach 2 min ein und ein großes Agglomerat wurde gebildet. Nach 20 min, wurde das Gemisch gefiltert, mit Wasser gewaschen und der weiße Feststoff wird bei 60 °C für
24 h getrocknet. Es entstand ein weißer gelartiger Feststoff.
EA: C 41 .16, H 07.93, N 0
IR: n-Butyl v (CH2) 2950 cm 1-2870 cm 1 , d (CH) 1465-1407 cm 1 , v (Si-O-Si) 1202 cm 1, (vSi-O) 874-688 cm 1.
4.2.2 Synthese einer PE-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (LDPE/HDPE) (50 gm - 300 gm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 60.5 pmol n- Butyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und
25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel vollständig (ca. 75 %) innerhalb von 2-4 min. Die Gelbildung setzte nach 2 min ein und ein großes Agglomerat wurde gebildet, welches an der Wasseroberfläche trieb (Fixierung). Nach 10 min waren 75 % (Massebilanz) PE gebunden. Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Es wurde weitere 10 min gerührt, anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein transparenter Feststoff mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA: C 75.04, H 12.74, N 0
IR: PE v (CH2) 2920 2870 cm 1 (R= n-butyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1 , 2905 cm 1 , d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si) 1 106 cm 1. 4.2.3 Synthese einer PP-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (PP) (50 gm - 300 gm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 60.5 pmol n-Butyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel vollständig (ca. 75 %) innerhalb von 2-4 min. Die Gelbildung setzte nach 2 min ein und ein großes Agglomerat wurde gebildet, welches an der Wasseroberfläche trieb (Fixierung). Nach 10 min waren 100 % (Massebilanz) PP gebunden. Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Es wurde weitere 10 min gerührt, anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein transparenter Feststoff mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA: C 80.30, H 13.76, N O
IR: PP v (CH2) 2920 2870 cm 1 (R= n-butyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1 , 2905 cm 1 , d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.2.4 Synthese einer PE/PP-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (LDPE/HDPE/PP; 0,5/0, 5/1 ) (50 pm - 300 pm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 60.5 pmol n-Butyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel vollständig (ca. 75 %) innerhalb von 2-4 min. Die Gelbildung setzte nach 2 min ein und ein großes Agglomerat wurde gebildet, welches an der Wasseroberfläche trieb (Fixierung). Nach 10 min waren 100 % (Massebilanz) Mikroplastikgemisch gebunden. Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Es wurde weitere 10 min gerührt, anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein transparenter Feststoff mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA: C 69.67, H 1 1 .55, N 0
IR: PE/PP v (CH2) 2920 2870 cm 1 (R= n-butyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1 , 2905 cm 1 , d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si) 1 106 cm 1. 4.3 Synthese einer Mikroplastik-Einschlussverbindung unter Verwendung von Isobutyltrichlorsilan
4.3.1 Synthese eines Hybridkieselgels auf Basis von Isobutyltrichlorsilan
1 L destilliertes Wasser wurde in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt. 60 prnol Isobutyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete kleine Tröpfchen und vermischte sich zunächst nicht mit Wasser. Die Gelbildung setzte nach 6 min ein. Nach 10 min war das Trichlorosilan vollständig zum Hybridkieselgel umgesetzt und kleine Aggregate waren sichtbar. Nach 20 Minuten nahmen die Aggregate an Größe zu. Die Größe der Aggregate betrug 1 -3 mm. Das Gemisch wurde gefiltert, mit Wasser gewaschen und der weiße Feststoff wird bei 60 °C für 24 h getrocknet. Es entstand ein weißer Feststoff.
EA (gefunden): C 40.64, H 08.17, N 0
REM EDX: C 47.92, O 37.734, Si 14.35.
IR: v (CH2) 2953 cm 1, 2869 cm 1, d (CH) 1465-1401 cm 1, v (Si-O-Si) 1 128 crrT1-997, v (Si-O) 835-737 cm 1.
4.3.2 Synthese einer PE-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (LDPE/HDPE) (50 gm - 300 gm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 60 pmol Isobutyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel vollständig (ca. 100 %) innerhalb von 2-4 min. Die Gelbildung setzte nach 6 min ein und ein großes Agglomerat wurde gebildet. Nach 10 min war das Trichlorsilan vollständig zum Hybridkieselgel umgesetzt und kleine Aggregate mit dem gebundenen PE (100 % Massebilanz) waren sichtbar. Nach 20 Minuten nahmen die Aggregate an Größe (2-3 mm) zu, welche an der Wasseroberfläche trieben (Fixierung). Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Es wurde anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein weißer Feststoff mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA (gefunden): C 76.36, H 14.15, N 0 REM EDX (gefunden): C 47.92, O 37.734, Si 14.35.
IR: PE v (CH2) 2920 2870 cm 1 (R= isobutyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1, 2905 cm 1, d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.3.3 Synthese einer PP-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (PP) (50 gm - 300 gm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 60 pmol Isobutyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel vollständig (ca. 100 %) innerhalb von 2-4 min. Die Gelbildung setzte nach 6 min ein und ein großes Agglomerat wurde gebildet. Nach 10 min war das Trichlorsilan vollständig zum Hybridkieselgel umgesetzt und kleine Aggregate mit dem gebundenen PP (100 % Massebilanz) waren sichtbar. Nach 20 Minuten nahmen die Aggregate an Größe (2-3 mm) zu, welche an der Wasseroberfläche trieben (Fixierung). Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Es wurde anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein weißer Feststoff mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA (gefunden): C 73.72, H 13.46, N 0
REM EDX (gefunden): C 72.2, O 24.27, Si 3.53.
IR: PP v (CH2) 2920 2870 cm 1 (R= isobutyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1, 2905 cm 1, d (CH) 1430-1485 cm 1, v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.3.4: Synthese einer PE/PP-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (LDPE/HDPE/PP, 05/0,5/1 ) (50 pm - 300 pm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 60 pmol Isobutyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel vollständig (ca. 100 %) innerhalb von 2-4 min. Die Gelbildung setztt nach 6 min ein und ein großes Agglomerat wurde gebildet. Nach 10 min war das Trichlorsilan vollständig zum Hybridkieselgel umgesetzt und kleine Aggregate mit dem gebundenen Mikroplastikgemisch (100 % Massebilanz) waren sichtbar. Nach 20 Minuten nahmen die Aggregate an Größe (2-3 mm) zu, welche an der Wasseroberfläche trieben (Fixierung). Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Es wurde anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein weißer Feststoff mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA (gefunden): C 75.54, H 13.63, N 0
REM EDX (gefunden): C 46.04, O 40.51 , Si 13.452.
IR: PE/PP v (CH2) 2920 2870 cm 1 (R= isobutyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1, 2905 cm 1, d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.4 Synthese einer Mikroplastik-Einschlussverbindung unter Verwendung von Isooctyltrichlorsilan
4.4.1 Synthese eines Hybridkieselgels auf Basis von Isooctyltrichlorsilan
1 L destilliertes Wasser wurde in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt. 43 prnol Isooctyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete kleine Tröpfchen und vermischte sich zunächst nicht mit Wasser und sank zu Boden. Nach 5-10 s setzte die Gelbildung ein und ein großes Aggregat wurde sichtbar, welches an der Wasseroberfläche trieb. Nach 10 min war das Trichlorsilan vollständig zum Hybridkieselgel umgesetzt und kleine Aggregate waren sichtbar. Ein weißes Gel bildete sich. Nach 20 Minuten nahmen die Aggregate an Größe zu. Die Größe der Aggregate betrug 1 -3 mm. Das Gemisch wurde gefiltert, mit Wasser gewaschen und der weiße Feststoff wurde bei 60 °C für 24 h getrocknet. Es entstand ein weißer Feststoff.
EA (gefunden): C 40.85, H 08.30, N 0
REM EDX (gefunden): C 49.43, 0 40.16, Si 10.41.
IR: Isooctyl v (CH2) 2951 cm 1, 2905 cm 1, d (CH) 1430-1485 cm 1, v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.4.2 Synthese einer PE-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (LDPE/HDPE) (50 gm - 300 gm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 43 pmol Isooctyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel vollständig (ca. 100 %) innerhalb von 2-4 min. Die Gelbildung setzte nach 5-10 s ein und ein großes Agglomerat wurde gebildet. Nach 10 min war das Trichlorsilan vollständig zum Hybridkieselgel umgesetzt und kleine Aggregate mit dem gebundenen PE (100 % Massebilanz) waren sichtbar. Nach 20 Minuten nahmen die Aggregate an Größe (2-3 mm) zu, welche an der Wasseroberfläche trieben (Fixierung). Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Es wurde anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein weißer Feststoff mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA (gefunden): C 70.96, H 14.57, N 0
REM EDX (gefunden): C 79.55, O 15.79, Si 4.65.
IR: PE v (CH2) 2920 2870 cm 1 (R= isooctyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1, 2905 cm 1), d (CH) 1430-1485 cm 1, v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.4.3 Synthese einer PP-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (PP) (50 gm - 300 gm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 43 pmol Isooctyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel vollständig (ca. 100 %) innerhalb von 2-4 min. Die Gelbildung setzte nach 5-10 s ein und ein großes Agglomerat wurde gebildet. Nach 10 min war das Trichlorosilan vollständig zum Hybridkieselgel umgesetzt und kleine Aggregate mit dem gebundenen PE (100 % Massebilanz) waren sichtbar. Nach 20 Minuten nahmen die Aggregate an Größe (2-3 mm) zu, welche an der Wasseroberfläche trieben (Fixierung). Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Es wurde anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein weißer Feststoff mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA (gefunden): C 74.95, H 13.59, N 0
REM EDX (gefunden): C 67.56, O 26.6, Si 5.84. IR: PP v (CH2) 2920 2870 cm 1 (R= isooctyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1 , 2905 cm 1 , d (CH) 1430-1485 cm 1, v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.4.4 Synthese einer PE/PP-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (LDPE/HDPE/PP, 0,5/0, 5/1 ) (50 gm - 300 gm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 43 pmol Isooctyltrichlorsilan wurde langsam hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulieren die Mikroplastikpartikel vollständig (ca. 100 %) innerhalb von 2-4 min. Die Gelbildung setzte nach 5-10 s ein und ein großes Agglomerat wurde gebildet. Nach 10 min war das Trichlorsilan vollständig zum Hybridkieselgel umgesetzt und kleine Aggregate mit dem gebundenen Mikroplastikgemisch (100 % Massebilanz) waren sichtbar. Nach 20 Minuten nahmen die Aggregate an Größe (2-3 mm) zu, welche an der Wasseroberfläche trieben (Fixierung). Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Es wurde anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein weißer Feststoff mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA (gefunden): C 78.21 , H 14.31 , N 0
REM EDX (gefunden): C 62.66, O 29.85, Si 7.485.
IR: PE/PP v (CH2) 2920 2870 cm 1 (R= isooctyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1 , 2905 cm 1 , d (CH) 1430-1485 cm 1, v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.5 Synthese einer Mikroplastik-Einschlussverbindung unter Verwendung von lsooctyl-T8- Polyoktaedrischem Silsesquioxan
4.5.1 Synthese eines Hybridkieselgels auf Basis von lsooctyl-T8-Polyoktaedrischem Silsesquioxan
1 L destilliertes Wasser wurde in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt. 7.64 pmol lsooctyl-T8-Polyoktaedrisches Silsesquioxan wurde langsam hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das hochviskose Silan bildete kleine Tröpfchen und vermischts sich nicht mit Wasser und schwamm auf. Bei Kontakt mit Wasser bildete sich zunächst kein sichtbares Hybridkieselgel. Durch starke Durchmischung war eine Veränderung der Farbe erkennbar. Der Stoff wurde von leicht gelblich zu einer weißlich transparenten hochviskosen Flüssigkeit. Das Gel wurde gefiltert, mit Wasser gewaschen und bei 60 °C für 24 h getrocknet. Es entand eine weißlich transparente hochviskose Flüssigkeit.
EA (gefunden): C 57.02, H 10.41
IR: Isooctyl v (CH2) 2951 cm 1, 2905 cm 1, d (CH) 1430-1485 cm 1, v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.5.2 Synthese einer PE-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (LDPE/HDPE) (50 gm - 300 gm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 7.64 pmol lsooctyl-T8-Polyoktaedrisches Silsesquioxan wurde langsam hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel vollständig (ca. 100 %) innerhalb von 2-4 min. Die Gelbildung setzte nach 5- 6 min ein, wobei die Farbe der Flüssigkeit von leicht gelblich auf weiß wechselt. Nach 5-6 min war ein großes Agglomerat mit dem gebundenen PE (100 % Massebilanz) sichtbar. Der pH- Wert des Wassers betrug 6-7. Das Agglomerat wurde anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein weiße hochviskose Flüssigkeit mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA (gefunden): C 69.51 , H 12.18, N 0
REM EDX (gefunden): C 63.13, O 24.26, Si 12.37
IR: PE v (CH2) 2920 2870 cm 1 (R= isooctyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1, 2905 cm 1), d (CH) 1430-1485 cm 1, v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.5.3 Synthese einer PP-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (PP) (50 pm - 300 pm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 7.64 pmol lsooctyl-T8- Polyoktaedrisches Silsesquioxan wurde langsam hinzugefügt .Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel vollständig (ca. 100 %) innerhalb von 2-4 min. Die Gelbildung setzte nach 5-6 min ein, wobei die Farbe der Flüssigkeit von leicht gelblich auf weiß wechselte. Nach 5-6 min war ein großes Agglomerat mit dem gebundenen PP (100 % Massebilanz) sichtbar. Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Das Agglomerat wurde anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand eine weiße hochviskose Flüssigkeit mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA (gefunden): C 75.30, H 13.22, N 0
REM EDX (gefunden): C 63.5, O 20.92, Si 15.58.
IR: PP v (CH2) 2920 - 2870 cm 1 (R= isooctyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1 , 2905 cm 1), d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.5.4 Synthese einer PE/PP-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 mg Mikroplastikpulver (LDPE/HDPE/PP, 0,5/0, 5/1 ) (50 gm - 300 gm) und 1 L destilliertes Wasser wurden in einem 2 L Rundkolben vorgelegt und stark gerührt (24 h Quellprozess). 7.64 pmol lsooctyl-T8-Polyoktaedrisches Silsesquioxan wurde langsam hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde bei 250 rpm und 25 °C gerührt. Das Silan bildete zunächst kleine Tröpfchen, welche im Gefäß zirkulierten (Lokalisation). Die Tröpfchen akkumulierten die Mikroplastikpartikel vollständig (ca. 100 %) innerhalb von 2-4 min. Die Gelbildung setzte nach 5- 6 min ein, wobei die Farbe der Flüssigkeit von leicht gelblich auf weiß wechselte. Nach 5-6 min war ein großes Agglomerat mit dem gebundenen Mikroplastikgemisch (100 % Massebilanz) sichtbar. Der pH-Wert des Wassers betrug 6-7. Das Agglomerat wurde anschließend filtriert, mit Wasser gewaschen und 24 h getrocknet bei 60 °C. Es entstand ein weiße hochviskose Flüssigkeit/Feststoff mit eingebundenen weißen Mikroplastikpartikeln.
EA (gefunden): C 77.75, H 13.86, N 0
REM EDX (gefunden): C 63.43, O 21 .38, Si 15.19.
IR: PE/PP v (CH2) 2920 - 2870 cm 1 (R= isooctyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1 , 2905 cm 1 , d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.6 Synthese einer Mikroplastik-Einschlussverbindung unter Verwendung von lsooctyl-T8- Polyoktaedrischem Silsesquioxan im 2000 L Technikumsmaßstab 4.6.1 Synthese einer PE-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 g Mikroplastikpulver (LDPE/HDPE) (150 prn-300 gm) und 2000 L Brauchwasser (Nachklärbecken) wurden in einen diskontinuierlichen 2000-L-Batch-Reaktor gefüllt. Anschließend wurde bei einer Außentemperatur (15-20 °C) 24 h 250 U/min gerührt (Quellprozess). Der Agglomerationsprozess wurde eingeleitet in dem 7.64 mmol lsooctyl-T8- Polyoktaedrisches Silsesquioxan hinzugegeben wurden und das Gemisch 24 h, bei Außentemperatur (15-20 °C) und 250 U/min gerührt wurde. Die Mischung wurde filtriert und die weißen Agglomerate wurden bei 60 °C für 24 h getrocknet. Die weißen Agglomerate hatten einen Durchmesser von 2-6 cm.
IR: PE v (CH2) 2920 - 2870 cm 1 (R= isooctyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1, 2905 cm 1), d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.6.2 Synthese einer PP-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 g Mikroplastikpulver (PP) (150 gm-300 gm) und 2000 L Brauchwasser (Nachklärbecken) wurden in einen diskontinuierlichen 2000-L-Batch-Reaktor gefüllt. Anschließend wurde bei einer Außentemperatur (15-20 °C) 24 h 250 U/min gerührt (Quellprozess). Der
Agglomerationsprozess wurde eingeleitet in dem 7.64 mmol lsooctyl-T8-Polyoktaedrisches Silsesquioxan hinzugegeben wurden und das Gemisch 24 h, bei Außentemperatur (15-20 °C) und 250 U/min gerührt wurde. Die Mischung wurde filtriert und die weißen Agglomerate wurden bei 60 °C für 24 h getrocknet. Die weißen Agglomerate hatten einen Durchmesser von 2-6 cm.
IR: PE v (CH2) 2920 - 2870 cm 1 (R= isooctyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm 1, 2905 cm 1), d (CH) 1430-1485 cm 1 , v (Si-O-Si) 1 106 cm 1.
4.6.3 Synthese einer PE/PP-Mikroplastik-Einschlussverbindung
100 g Mikroplastikpulver (LDPE/HDPE/PP, 0,5/0, 5/1 ) (150 gm-300 gm) und 2000 L Brauchwasser (Nachklärbecken) wurden in einen diskontinuierlichen 2000-L-Batch-Reaktor gefüllt. Anschließend wurde bei einer Außentemperatur (15-20 °C) 24 h 250 U/min gerührt (Quellprozess). Der Agglomerationsprozess wurde eingeleitet in dem 7.64 mmol lsooctyl-T8- Polyoktaedrisches Silsesquioxan hinzugegeben wurden und das Gemisch 24 h, bei Außentemperatur (15-20 °C) und 250 U/min gerührt wurde. Die Mischung wurde filtriert und die weißen Agglomerate wurden bei 60 °C für 24 h getrocknet. Die weißen Agglomerate hatten einen Durchmesser von 2-6 cm. IR: PE v (CH2) 2920 - 2870 cm1 (R= isooctyl wird überlagert v (CH2) 2951 cm1, 2905 cm1), d (CH) 1430-1485 cm1 , v (Si-O-Si) 1106 cm1.

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung
eines Alkyltrichlorsilans der nachstehenden Formel I
R-SiCI3 (Formel I),
wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom und CI ein Chloratom bedeuten, und/oder eines Silsesquioxans der nachstehenden Formel II
[RSi03/2]n (Formel II), wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom, O ein Sauerstoffatom und n eine ganze Zahl bedeuten, zur Entfernung von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser und/oder einem Gewässer und/oder zur Behandlung, insbesondere Reinigung, von Wasser und/oder eines Gewässers.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Alkyltrichlorsilan um ein ungeträgertes Alkyltrichlorsilan und/oder bei dem Silsesquioxan um ein ungeträgertes Silsesquioxan handelt.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass R eine Alkylgruppe mit 1 Kohlenstoffatom bis 16 Kohlenstoffatomen, insbesondere 3 Kohlenstoffatomen bis 14 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 4 Kohlenstoffatomen bis 8 Kohlenstoffatomen, ist.
4. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das R eine lineare Alkylgruppe ist.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass R eine verzweigte Alkylgruppe ist.
6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe, Hexylgruppe, Isohexylgruppe, 2,4,4-Trimethylpentylgruppe, n-Octylgruppe, 6- Methylheptylgruppe, Nonylgruppe, Decylgruppe, Dodecylgruppe, Tetradecylgruppe und Hexadecylgruppe.
7. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe, n- Octylgruppe und 2,4,4-Trimethylpentylgruppe.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Silsesquioxan wenigstens zwei unterschiedliche Alkylgruppen, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus n-Butylgruppe, Isobutylgruppe, Hexylgruppe, Isohexylgruppe, 2,4,4-Trimethylpentylgruppe, n-Octylgruppe, 6-Methylheptylgruppe, Nonylgruppe, Decylgruppe, Dodecylgruppe, Tetradecylgruppe und Hexadecylgruppe, aufweist.
9. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Alkyltrichlorsilan um einen Reinstoff oder ein Gemisch verschiedener Alkyltrichlorsilane und/oder es sich bei dem Silsesquioxan um einen Reinstoff oder ein Gemisch verschiedener Silsesquioxane handelt.
10. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass n eine ganze Zahl von 4 bis 16, insbesondere 6 bis 14, bevorzugt 6 bis 12, bedeutet.
1 1. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass n die ganze Zahl 6, 8, 10 oder 12 bedeutet.
12. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Silsesquioxan um ein Silsesquioxan der nachstehenden Formel III handelt:
Figure imgf000049_0001
(Formel III),
wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom und O ein Sauerstoffatom bedeuten.
13. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroplastik-Partikel einen mittleren Durchmesser von 100 nm bis 5 mm, insbesondere 10 gm bis 5 mm, bevorzugt 100 gm bis 1 mm, aufweisen.
14. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroplastik-Partikel einen Kunststoff aufweisen oder aus einem Kunststoff bestehen, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyurethan, Polyamid, Polycarbonat, Polytetrafluorethylen, Polyoxymethylen, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer,
Polyethylenterephthalat, Polymethylmethacrylat, Polyacrylnitril, Copolymere von wenigstens zwei der genannten Kunststoffe und Kombinationen von wenigstens zwei der genannten Kunststoffe.
15. Verfahren zum Entfernen von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser und/oder einem Gewässer und/oder zum Behandeln, insbesondere Reinigen, von Wasser und/oder eines Gewässers, aufweisend die folgenden Schritte: a) Dosieren oder Zugeben eines Alkyltrichlorsilans der nachstehenden Formel I
R-SiCI3 (Formel I),
wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom und CI ein Chloratom bedeuten, und/oder
Dosieren oder Zugeben eines Silsesquioxans der nachstehenden Formel II
[RSi03/2]n (Formel II), wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom, O ein Sauerstoffatom und n eine ganze Zahl bedeuten, zu einem mikroplastikpartikelhaltigen Wasser und/oder mikroplastikpartikelhaltigen Gewässer und b) Entfernen von nach Zugeben des Alkyltrichlorsilans und/oder des Silsesquioxans entstandenen Einschlussverbindungen aus dem Wasser und/oder Gewässer, wobei die Einschlussverbindungen jeweils ein Hybridkieselgel und Mikroplastik- Partikel aufweisen, wobei das Hybridkieselgel durch Umsetzung des Alkyltrichlorsilans und/oder Silsesquioxans in dem Wasser und/oder Gewässer gebildet ist und die Mikroplastik-Partikel wenigstens teilweise einschließt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, weiter gekennzeichnet durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils wenigstens eines der Ansprüche 2 bis 14.
17. Einschlussverbindung, aufweisend ein Hybridkieselgel und Mikroplastik-Partikel, wobei das Hybridkieselgel durch Umsetzung eines Alkyltrichlorsilans der nachstehenden Formel I
R-SiCI3 (Formel I),
wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom und CI ein Chloratom bedeuten, und/oder eines Silsesquioxans der nachstehenden Formel II
[RSi03/2]n (Formel II), wobei
R eine Alkylgruppe, Si ein Siliziumatom, O ein Sauerstoffatom und n eine ganze Zahl bedeuten, in Wasser und/oder einem Gewässer gebildet ist und die Mikroplastik-Partikel wenigstens teilweise einschließt.
18. Kit zum Entfernen von Mikroplastik-Partikeln aus Wasser und/oder einem Gewässer und/oder zum Behandeln, insbesondere Reinigen, von Wasser und/oder eines Gewässers, aufweisend räumlich voneinander getrennt ein Alkyltrichlorsilan nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder ein Silsesquioxan nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und wenigstes eine weitere Komponente, wobei die weitere Komponente ein Adsorptionsmittel, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aktivkohle, Calcium-Silica-Hydrate, Polonit, Gesteine und Kombinationen von wenigstens zwei der genannten Adsorptionsmittel, ist.
PCT/EP2019/054756 2018-03-02 2019-02-26 Verwendung von alkyltrichlorsilanen und/oder silsesquioxanen zur entfernung von mikroplastik-partikeln aus wasser und/oder einem gewässer WO2019166442A1 (de)

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