Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
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- 4.1 Biologische Materialschädigung und Referenzorganismen (73)
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- 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere (52)
- 7.6 Korrosion und Korrosionsschutz (48)
- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (47)
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By automatically recording as much information as possible in automated laboratory setups, reproducibility and traceability of experiments are vastly improved. This presentation shows what such an approach means for the quality of experiments in an X-ray scattering laboratory and an automated synthesis set-up.
Organotin compounds (OTCs) have been widely used in anti-fouling paints, pesticide formulations, and as stabilizers in polyvinyl chloride over the past century. In marine ecosystems, OTCs can cause severe damage to biodiversity, leading up to the extinction of vulnerable species. Due to the extensive use of tributyltin (TBT) as a biocide on ship hulls, it has been considered one of the most hazardous substances intentionally introduced into the aquatic environment. This resulted in a global ban on TBT-containing products in the 2000s. However, recent studies indicate the emerging presence of organotin pollutants.
OTCs are known to persist and accumulate in marine sediments, posing a long-term threat to the environment. These harmful substances can be set free and dispersed even after several decades. Therefore, analyzing sediment probes is imperative for a thorough monitoring of pollution. However, species-specific analysis of OTCs at required concentration levels in complex environmental matrices remains challenging. Chromatographic systems are commonly used for their analysis, but the required sample preparation is time-consuming and prone to contamination and analyte loss. The coupling of electrothermal vaporization and inductively coupled plasma-mass spectrometry (ETV/ICP-MS) demonstrates high potential as a rapid, convenient, and chemical-saving scanning tool for environmental samples.
This method enables the direct on-line fractionation of organic compounds from an inorganic fraction and provides element-specific detection at ultra-trace levels without complex sample preparation. Since OTCs are generally more toxic than ionic or elemental tin, analyzing them as a sum parameter is advantageous. Additionally, the determination of both organic and inorganic tin, rather than just organic tin, reveals valuable information about the fate of OTCs. The main challenge in obtaining accurate quantitative data using direct solid sampling techniques like as ETV/ICP-MS is applying a suitable calibration strategy. Our isotope dilution approach overcomes matrix effects in ETV/ICP-MS analysis and is compatible with commercial systems.
Volatile organic compounds (VOCs) emitted by furniture and building materials can cause health issues. For an improvement of indoor air quality low emitting materials should be used. Quality assurance and –control (QA/QC) measures require an emission reference material (ERM) with a predictable emission rate of VOCs. The idea is to use porous materials as ERM, which store the VOCs inside their pores and emit them constantly.
Die Umweltwirkungen auf ein Material werden als Überlapp der Funktionskurven von Materialempfindlichkeit und einwirkenden Umweltparametern betrachtet. Wenn entweder die Empfindlichkeit oder die Beanspruchungen Null sind, ergibt sich auch keine Umweltwirkung und bei beidseitig Werten größer Null das jeweilige Produkt der beiden. Die Akkumulation der nicht-reversiblen Effekte über die Zeit und allen Eigenschaftsänderungen entspricht der Alterung des Materials für den jeweiligen Expositionszeitraum.
Die digitale Umweltsimulation gliedert sich hier in drei Teilaspekte. Ein erster, rein materialwissenschaftlicher Teil hat die Aufgabe, alle relevanten Materialempfindlichkeiten experimentell zu quantifizieren. Ein zweiter – unter Umständen numerischer Teil – hat die Aufgabe, das Bauteil und seine Einbaulage zu digitalisieren und aus den makroskopischen Umgebungsbedingungen die relevanten mikroklimatischen Umweltparameter für alle Oberflächen- oder Volumenelemente zu bestimmen. In einem dritten Teil werden die Einwirkungen über den betrachteten Zeitraum berechnet und kumuliert. Dieses Konzept, das auf den so genannten Expositions-Reaktions-Funktionen (ERF) basiert, wird an Beispielen der Photoxidation erläutert. Dieses Vorgehen wurde schon beim ViPQuali-Projekt als Numerische Umweltsimulation umgesetzt.
Überprüft werden muss das Modell unbedingt an einer realitätsnahen Validierungsbeanspruchung. Hier werden die ermittelten ERFs mit über den kompletten Beanspruchungszeitraum geloggten Umweltparametern gekoppelt, um die berechnete mit der experimentell erfahrenen Alterungswirkung zu vergleichen. Nur so kann sichergestellt sein, dass alle für die Anwendungsumgebung relevanten Materialempfindlichkeiten einbezogen wurden.
Die Präsentation gibt einen Überblick über die Arbeiten im German Pilot des EU-Projekts TREEADS. Es werden klein-, mittel- und großskalige Versuche an Waldboden mit einheimischer Vegetation durchgeführt. Begleitend werden numerische Untersuchungen durchgeführt, die eine Variation der Parameter, wie Bodenfeuchte, Temperaturen und Wind über die Experimente hinaus erlauben. Die gemessenen Materialparameter dienen als Input für die numerischen Berechnungen. Die numerischen Modelle werden mit den mittel- und großskaligen Experimenten validiert.
An Trinkwasserrohren aus ferritischem Stahl (1.4521) sind bei einigen größeren Bauvorhaben massive Korrosionsschäden aufgetreten. Die Leckagen treten ausschließlich durch Spaltkorrosion in Pressverbindungen auf, wo konstruktionsbedingt ein mit Wasser gefüllter Spalt zwischen der Rohr-Außenseite und dem Pressfitting gebildet wird. Im Vortrag werden die gewonnenen Erkenntnisse aus verschiedenen Schadensfällen der jüngeren Vergangenheit vorgestellt.
This study explores the acceleration of material design in the concrete industry, focusing on improving carbonation resistance, a key factor in the durability of concrete structures. Traditional tests for carbonation resistance are lengthy, but with the construction industry aiming for sustainable production, finding a balance between carbonation resistance and CO2 footprint is crucial. Our research employs two innovative methods: 1. Applying the Sequential Learning App for Materials Discovery (SLAMD), an AI materials design framework, to an extensive dataset of real-world concrete compositions to selectively test materials that meet market demands: maximum durability, optimal eco-durability, and the best cost-durability trade-off. 2. Investigating 1H Nuclear Magnetic Resonance (NMR) relaxometry as a quick alternative for characterizing carbonation behavior, as it saves time compared to traditional tests and assesses the complete material's pore space. Specific NMR features are then integrated into the material design model, with the model's performance compared against traditional approaches. The results of our study are compelling, demonstrating that materials can be precisely tailored to meet specific requirements with minimal data points. This marks a significant stride in the concrete industry, indicating that NMR-based, low-fidelity surrogate characterizations, combined with a focused, data-driven design approach, can substantially accelerate the development of durable, sustainable concrete mixtures.
Interlaboratory studies are common tools for collecting comparable data to implement standards for new materials or testing technologies. In the case of construction materials, these studies form the basis for recommendations and design codes. Depending on the study, the amount of data collected can be enormous, making manual handling and evaluation difficult. On the other hand, the importance of the FAIR (findable, accessible, interoperable, and reusable) principles for scientific data management, published by Wilkinson et al. in 2016, is constantly growing and changing the view on data usage.
The benefits of using data management tools such as data stores/repositories or electronic laboratory notebooks are many. Data is stored in a structured and accessible way (at least within a group) and data loss due to staff turnover is reduced. Tools usually support data publishing and analysis interfaces. In this way, data can be reused years later to generate new knowledge with future insights. On the other hand, there are many challenges in setting up a data repository, such as selecting suitable software tools, defining the data structure, enabling data access, and understanding by others and
ensuring maintenance, among others.
This talk discusses the advantages and challenges of setting up and applying a data repository using the interlaboratory study on the mechanical properties of printed concrete structures carried out in RILEM TC 304-ADC as example. First, the definition of a suitable data structure including all information is discussed. The tool-dependent upload process is then described. Here, the data
management system openBIS (open source software developed by ETH Zurich) is used. Since in most cases an open compute platform allowing access from different organisations is not possible or available due to data protection and maintenance issues, tool-independent export options are discussed and compared. Finally, the different query and analysis possibilities are demonstrated.
Im Rahmen eines vom Umweltbundesamt geförderten Forschungsprojekts wurde untersucht, ob die Abtrennung der Feinfraktion (0-2 mm) eine Verbesserung der umweltrelevanten Eigenschaften bewirkt und somit HMVA-1 erreicht werden kann. In Deutschland wird die Rostasche durch Nassentschlackungssysteme aus dem Feuerraum ausgetragen. Durch den Kontakt mit Wasser setzen direkt hydraulische Reaktionen ein, die eine vollständige Abtrennung der Feinfraktion unmöglich machen. Das wurde bereits in den 1990er Jahren erkannt und führte zur Entwicklung des ABB InRec Verfahrens mit Trockenentaschung als ersten Verfahrensschritt. Auch damals war das Ziel eine möglichst inerte Rostasche für die Verwertung zu erzeugen. In den letzten Jahren wurden in der Schweiz Trockenentaschungssystem installiert, hier vor allem um die Rückgewinnung von elementaren Metallen auch in der Feinfraktion zu verbessern. Welche Potenziale sich dabei erschließen lassen, wurde in einem anderen UBA-Projekt untersucht. Im Rahmen unserer Arbeiten wurde versuchsweise trockene Rostasche an einer Anlage in Süddeutschland genommen und im Labor untersucht. Im Vortrag werden die Ergebnisse zum Auslaugverhalten und zur Gefahreneigenschaft HP14 (Ökotoxizität) vorgestellt.
Thermochemische Aufarbeitung von Stahlwerksstäuben und -schlämmen zur Zink- und Eisenrückgewinnung
(2024)
Stahlwerksstäube und -schlämme enthalten in der Regel Schwermetalle wie Zink, Blei und Cadmium, die ein direktes Recycling verhindern und diese Stoffe potenziell umweltgefährdend machen. Um diese Schwermetalle aus den Materialien zu entfernen, werden drei thermochemische Verfahren zur Aufarbeitung von Gichtgasschlamm, Elektroofenstaub und ähnlichen Stahlwerksstäuben vorgestellt. Zum einen kann die Mischung von Elektroofenstaub mit chloridhaltigen Lösungen, wie sie z. B. in der Titandioxidproduktion anfallen, gemischt werden, um bei der thermischen Behandlung Schwermetallchloride zu effektiv verdampfen. Weiterhin kann der im Gichtgasschlamm enthaltene Kohlenstoff genutzt werden, um in Mischungen aus Gichtgasschlamm und Elektroofenstaub bei der thermischen Behandlung als Reduktionsmittel zu wirken. Dieses Verfahren führt zur Rückgewinnung von Zink und metallischem Eisen und wird im Technikums- und Pilotmaßstab erprobt. Abschließend wird die Nutzung von Wasserstoff als Reduktionsmittel für Elektroofenstaub vorgestellt. Hierbei lässt sich der Reststoff potenziell klimaneutral in Eisenschwamm umwandeln, wobei die chemischen Grundlagen anhand von DTA-Experimenten und thermodynamischen Simulationen ergründet werden.