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Die zunehmenden Nachweise von Kunststoffen in verschiedenen Umweltmedien erfahren in den letzten Jahren weltweit ein zunehmendes wissenschaftliches, gesellschaftliches und politisches Interesse. Besondere Aufmerksamkeit erfahren Kunststoffpartikel von 1-1.000 µm sogenanntes Mikroplastik. Es wurde mittlerweile in Wasser, Böden, Luft und Biota nachgewiesen. Obwohl die Wirkungen auf die natürlichen Umweltfunktionen noch unklar sind und kontrovers diskutiert werden, ist allein durch die ubiquitäre Präsenz eine systematische Erfassung von Eintragsquellen und Verbleib der Partikel über alle Umweltmedien notwendig, um Maßnahmen zur Reduktion der Einträge zu veranlassen.
Für eine zuverlässige Erfassung sind medienübergreifende Verfahren zu entwickeln, welche die drei analytischen Schritte, Probennahme, Probenaufbereitung und Detektion beinhalten. Die Verfahren adressieren unterschiedliche Zielgruppen, welche verschiedene analytische Informationen fordern. Für die akademische Bewertung werden Verfahren mit hohem analytischen Aufwand favorisiert, welche möglichst detaillierte Information über Partikelsorte, -größe, -zahl und -oberflächenbeschaffenheit geben. Im Gegensatz dazu, fordern Anwender aus der Praxis schnelle und einfache Monitoring Verfahren, welche die Bestimmung eines Massengehaltes, bzw. eines Grenzwertes zulassen. Allen ist gemeinsam, dass ein hoher interdisziplinärer Anspruch besteht, der sowohl technische Voraussetzungen zur repräsentativen Probennahme und die Limitationen von Detektionsverfahren berücksichtigt, als auch die Fachkompetenz von Biologen, Umweltwissenschaften, Analytiker und Polymerwissenschaftler einschließt.
Verfahren zum Mikroplastiknachweis müssen auch verschieden Proben mit sehr unterschiedlichen Gehalten an natürlicher Matrix gerecht werden. So müssen allein für Wasser Verfahren entwickelt werden, die Mikroplastik verschiedener Form (sphärische Partikel, komplexe Bruchstücke, Fasern) aus Medien mit sehr variablen Partikelanteil (u.a. Trinkwasser, Oberflächenwasser, Abwasser) repräsentativ erfassen sowie schnell und kostengünstig sind – einschließlich der notwendigen Probenaufbereitung. Die jeweiligen Detektionsverfahren müssen z.B. einzelne Partikel oder integrale Gehalte über drei Dekadenklassen für thermoplastische und insbesondere auch elastomere Partikelsorten erfassen können.
The occurrence of microplastic particles (MP) in nearly each environmental compartment but especially in water is well documented in an increasing amount of publication within the last few years. However, a comprehensive understanding of MP occurrence, sources and pathways in the environment as well as effects of MP on the environment is still unclear. Many of the studies are not compatible, because they used different sampling, sample preparation and detection techniques, resulting in a very broad variation and very different dimension of archived results. Hence a useful avoiding strategy for reduction the MP entry in the environment is not possible. Furthermore, the existing methods are often very time consuming, need user knowledge and labour force, which is often not acceptable for the routine monitoring of an action or sanction.
The call for harmonised methods become loud and louder and promising efforts are done in this area. However, the scientific discussion is often focus on advantages and disadvantages of detection tools and sample preparation, less initiative is given to the sampling strategy. That is a pity, because every environmental scientist knows, a good analytical result depend on a good sampling strategy.
The sampling of water seems on the first view easy because the sampling process include already an up concentration of the MP by means of sieves and filters. However, this filtering of water is often limited by filter cake on the sieves, consisting of high amount of natural particular matter. Hence often a small water volume is filtered, which will not own a representative amount of trait carriers or complex sieves cascades are used, which need a high technical equipment.
Recently we presented a fast thermoanalytical method for the detection of polymers fractions in water samples. This method, thermo-extraction desorption gas chromatography mass spectrometry (TED-GC-MS) can analyse MP in water filtrates without sample preparations within 2-3 hours. Advantageous is the additional analysis of rubber particles from tires beside the MP. In order to come even faster we now start to develop new sampling strategies, which should be use for different water systems. It is intended to reduce the effort in the field and to elongate times for sampling to obtain a representatives result without random effects.
In the present presentation we will show first result using a sedimentation box for sampling of MP from surface water. Advantages and disadvantages will be discussed and comparison to data from conventional fractionated filtration will be given.
A harmonization of sampling, sample preparation and detection is pivotal in order to obtain comparable data on microplastics (MP) in the environment. This paper develops and proposes a suitable sampling concept for waterbodies that considers different plastic specific properties and influencing factors in the environment.
Both artificial water including defined MP fractions and the discharge of a wastewater treatment plant were used to verify the derived sampling procedure, sample preparation and the subsequent analysis of MP using thermal extraction-desorption gas chromatography - mass spectrometry (TED-GC-MS).
A major finding of this paper is that an application of various particle size classes greatly improves the practical handling of the sampling equipment. Size classes also enable the TED-GC-MS to provide any data on the MP size distribution, a substantial sampling property affecting both the necessary sampling volume and the optimal sampling depth.
In the artificial water with defined MP fractions, the recovery rates ranged from 80 to 110%, depending on the different MP types and MP size classes. In the treated wastewater, we found both Polyethylene and polystyrene in different size classes and quantities.
In this study, the thermal decomposition of 1,3,5-tris-(2,3-dibromopropyl)-1,3,5-triazine-2,4,6-trione (TDBPTAZTO) and 2,4,6-tris-(2,4,6-tribromo-phenoxy)-1,3,5-triazine (TTBP-TAZ) were investigated for the first time by thermogravimetric analysis. Both compounds were thermal degraded between 225 and 350 °C (TDBP-TAZTO) as well as 300 and 400 °C (TTBP-TAZ).
As a result, mass loss (%) of 98.5% for TTBP-TAZ and 95.4% for TDBP-TAZTO at 600 °C under N2 were observed. The major pyrolytic degradation products of TTBP-TAZ were formed in a single step and identified by FTIR analysis as 2,4,6-tribromophenol and further bromine-substituted aromatic compounds. In comparison, TDBP-TAZTO was pyrolytic degraded in two steps, whereby on the first step the release of hydrogen Bromide and 1,3,5-triallyl-1,3,5-triazine-2,4,6-trione could be detected. In the second minor step, isocyanic acid could be additionally identified.
Subsequently, the obtained products of the TGA-FTIR measurements were used for a targeted search for mass fragments in mass spectrometry measurements. For TTBP-TAZ, only the degradation product 1,3,5-tribromobenzene could be detected by MS/MS analyzes. No comparable thermal degradation products, except hydrogen bromide, were observed in the MS/MS spectra of TDBP-TAZTO. Therefore, the search of further mass fragments was not possible compared to the findings of the TGA-FTIR measurements.
In this work, a novel boehmite (BA)-embedded organic/inorganic nanocomposite coating based on cycloaliphatic epoxy oligosiloxane (CEOS) resin was fabricated applying UV-induced cationic polymerization. The main changes of the material behavior caused by the nanofiller were investigated with regard to its photocuring kinetics, thermal stability, and glass transition. The role of the particle surface was of particular interest, thus, unmodified nanoparticles (HP14) and particles modified with p-toluenesulfonic acid (OS1) were incorporated into a CEOS matrix in the concentration range of 1–10 wt.%. Resulting nanocomposites exhibited improved thermal properties, with the glass transition temperature (Tg) being shifted from 30 °C for unfilled CEOS to 54 °C (2 wt.% HP14) and 73 °C (2 wt.% OS1) for filled CEOS. Additionally, TGA analysis showed increased thermal stability of samples filled with nanoparticles. An attractive interaction between boehmite and CEOS matrix influenced the curing. Real-time infrared spectroscopy (RT-IR) experiments demonstrated that the epoxide conversion rate of nanocomposites was slightly increased compared to neat resin. The beneficial role of the BA can be explained by the participation of hydroxyl groups at the particle surface in photopolymerization processes and by the complementary contribution of p-toluenesulfonic acid surface modifier and water molecules introduced into the system with nanoparticles.
In diesem Beitrag wird gezeigt wie mit Thermogravimetrischen Analysen (TGA) Aktivkohleoberflächen charakterisiert werden können. Außerdem wie TGA mit Zersetzungsgasanalyse zur Untersuchung von Adsorbat-Systemen (Carbamazepin an drei verschiedenen Aktivkohlen) zur Aufklärung von Adsorptionszuständen genutzt werden kann.
The TED-GC-MS analysis is a two-step method. A sample is first decomposed in a thermogravimetric analyzer (TGA) and the gaseous decomposition products are then trapped on a solid-phase adsorber. Subsequently, the solid-phase adsorber is analyzed with thermal desorption gas chromatography mass spectrometry (TDU-GC-MS). This method is ideally suited for the analysis of polymers and their degradation processes. Here, a new entirely automated System is introduced which enables high sample throughput and reproducible automated fractioned collection of decomposition products. Strengths and limitations of the system configuration are elaborated via three examples focused on practical challenges in materials analysis and identification: i) separate analysis of the components of a wood-plastic-composite material, ii) quantitative determination of weight concentration of the constituents of a polymer blend and iii) quantitative analysis of model samples of microplastics in suspended particulate matter.
Der Vortrag beschäftigt sich mit den gängisten Methoden zur Probennahme, -vorbereitung und Detektion von Mikroplastik. Das Zusammenspiel von Fragestellung und Methode wird betont. Es wird auf das Dikussionspapier Analytik des BMBF-Forschungsschwerpunktes Plastik in der Umwelt besonders hingewiesen sowie Bemühungen zur Normierung der Methoden auf deutscher und internationaler Ebene dargestellt.
Reliable simulation of polymers on an atomistic length scale requires a realistic representation of the cured material. A molecular modelling method for the curing of epoxy systems is presented, which is developed with respect to efficiency while maintaining a well equilibrated system. The main criterion for bond formation is the distance between reactive groups and no specific reaction probability is prescribed. The molecular modelling is studied for three different mixing ratios with respect to the curing evolution of reactive Groups and the final curing stage. For the first time, the evolution of reactive groups during the curing process predicted by the molecular modelling is validated with near-infrared spectroscopy data, showing a good agreement between simulation results and experimental measurements. With the proposed method, deeper insights into the curing mechanism of epoxy systems can be gained and it allows us to provide reliable input data for molecular Dynamics simulations of material properties.
In this study, a method for the determination of tire and road wear particle (TRWP) contents in particulate samples from road Environment was developed. Zn was identified as the most suitable elemental marker for TRWP, due to its high concentration in tire tread and the possibility of separation from other Zn sources. The mean concentration of 21 tire samples was 8.7 ± 2.0 mg Zn/g. Before quantification in samples from road environment, TRWP were separated from the particulate matrix by density separation. Method development was conducted using shredded tread particles (TP) as a surrogate for TRWP.
Recovery of TP from spiked sediment was 95 ± 17% in a concentration range of 2 - 200 mg TP/g. TP determination was not affected by other Zn containing solids or spiked Zn-salts. By adjusting the density of the separation solution to 1.9 g/cm3, more than 90% of total TRWP were separated from the sample matrix. TRWP concentrations in particulate matter collected in two road runoff treatment Systems ranged from 0.38 to 150 mg TRWP/g. Differences in quantified TRWP contents of the two Systems indicate changes in particle dynamics due to ageing and aggregation processes. The developed method allows TRWP determination in road runoff and in environments that are influenced by road traffic. The validated separation procedure can also be applied for TRWP characterization in future studies.
Die zunehmenden Nachweise von Kunststoffen in verschiedenen Umweltmedien erfahren in den letzten Jahren weltweit ein zunehmendes wissenschaftliches, gesellschaftliches und politisches Interesse. Besondere Aufmerksamkeit erfahren Kunststoffpartikel von 1-1.000 µm, sogenanntes Mikroplastik. Es wurde mittlerweile in Wasser, Böden, Luft und Biota nachgewiesen. Obwohl die Wirkungen auf die natürlichen Umweltfunktionen noch unklar sind und kontrovers diskutiert werden, ist allein durch die ubiquitäre Präsenz eine systematische Erfassung von Eintragsquellen und Verbleib der Partikel über alle Umweltmedien notwendig, um Maßnahmen zur Reduktion der Einträge zu veranlassen.
Für eine zuverlässige Erfassung sind medienübergreifende Verfahren zu entwickeln, welche die drei analytischen Schritte, Probennahme, Probenaufbereitung und Detektion beinhalten. Die Verfahren adressieren unterschiedliche Zielgruppen, welche verschiedene analytische Informationen fordern. Für die akademische Bewertung werden Verfahren mit hohem analytischen Aufwand favorisiert, welche möglichst detaillierte Information über Partikelsorte, -größe, -zahl und -oberflächenbeschaffenheit geben. Im Gegensatz dazu, fordern Anwender aus der Praxis schnelle und einfache Monitoring Verfahren, welche die Bestimmung eines Massengehaltes, bzw. eines Grenzwertes zulassen. Allen ist gemeinsam, dass ein hoher interdisziplinärer Anspruch besteht, der sowohl technische Voraussetzungen zur repräsentativen Probennahme und die Limitationen von Detektionsverfahren berücksichtigt, als auch die Fachkompetenz von Biologen, Umweltwissenschaften, Analytiker und Polymerwissenschaftler einschließt.
Verfahren zum Mikroplastiknachweis müssen auch verschieden Proben mit sehr unterschiedlichen Gehalten an natürlicher Matrix gerecht werden. So müssen allein für Wasser Verfahren entwickelt werden, die Mikroplastik verschiedener Form (sphärische Partikel, komplexe Bruchstücke, Fasern) aus Medien mit sehr variablen Partikelanteil (u.a. Trinkwasser, Oberflächenwasser, Abwasser) repräsentativ erfassen, sowie schnell und kostengünstig sind – einschließlich der notwendigen Probenaufbereitung. Die jeweiligen Detektionsverfahren müssen z.B. einzelne Partikel oder integrale Gehalte über drei Dekadenklassen für thermoplastische und insbesondere auch elastomere Partikelsorten erfassen können.