Die Literatur der letzten Jahre weist immer stärker darauf hin, dass Böden mit Benetzungshemmungen weiter als bisher angenommen weltweit verbreitet sind. Bereits geringe Anteile von organischer Substanz (SOM) können dabei in erheblicher Weise die Benetzbarkeit von Aggregaten oder Primärpartikeln von gut benetzbaren Oberflächen bis hin zu extremer Wasserabweisung verändern. Allgemein wird angenommen, dass Hydrophobie über mehrere Mechanismen die Abbaubarkeit von organischer Substanz und damit deren Stabilität beeinflussen kann. Daher kann der Grad der Hydrophobie als ein Indikatior der biologischer Abbaubarkeit von SOM verwendet werden. Weiterhin haben Benetzungshemmungen einen erheblichen Einfluß auf physikalische Prozesse in Böden. Extreme Benetzungshemmung führt häufig zu starkem Oberflächenabfluß und Erosion oder zu schnellem Auswaschen oberflächlich eingetragener Stoffe aus der Wurzelzone. Kenntnisse über das Benetzungsverhalten von Böden sind ebenfalls dann von Bedeutung, wenn generell das gleichzeitige Auftreten sehr feuchter und sehr trockener Zonen im Boden analysiert werden soll. Entsprechende Feuchtegradienten führen zu einem sehr unterschiedlichen physikalisch-chemischen Milieu in den entsprechenden Feuchte- und Trockenzonen, die wahrscheinlich erheblichen Einfluß auf die mikrobiellen Prozesse im Boden haben. Das Vorhaben beeinhaltet drei wesentliche Ziele: Erstens soll die Benetzbarkeit von Aggregatoberflächen und von Primarpartikeln der Böden des Schwerpunktprogramms bestimmt werden. Mittels Messung des Kontaktwinkels, der Oberflächenenergien und der Oberflächenladung soll eine möglichst vollständige Kennzeichnung erfolgen. In einem zweiten Abschnitt sollen Untersuchungen der Bodenlösung erfolgen. Es ist beabsichtigt, die Oberflächenspannung zu messen sowie den Einfluß der Bodenlösung auf die Grenzflächeneigenschaften von Bodenpartikeln und Modelloberflächen, etwa Quarzglasoberflächen, zu erfassen. Schließlich sollen die Ergebnisse zu den Oberflächeneigenschaften gemeinsam mit den Resultaten anderer Projektteilnehmer kombiniert oder ergänzt werden
Teilprojekt C05 hat zum Ziel, den wichtigen Eintragsweg für Kunststoffe, in Form von Mikroplastik, in die Umwelt aus technischen Anlagen (MP) mechanistisch aufzuklären. Gleichzeitig sollen neue Ansätze verfolgt werden, die zur Vermeidung bzw. Reduktion von MP aus Standardkunststoffen maßgeblich beitragen sollen. Zu diesem Zweck sollen Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Nylon, Polyethylenterephthalat, Polyisopren und Polyvinylchlorid durch Beschleuniger (in situ) in ihren Oberflächeneigenschaften für die Biofilmbildung modifiziert und dadurch unter Prozessbedingungen biologisch angreifbar und abbaubar gemacht werden. So können auch Standardkunststoffe umweltverträglicher bezüglich der MP-Partikel Bildung werden. Damit geht TP C05 weit über die bislang üblichen eher deskriptiven Studien zu MP in technischen Anlagen und der Umwelt hinaus. Folgende zentrale Fragen sollen in TP C05 in Hinblick MP-Partikel in technischen Anlagen der Abfall- und Abwasserwirtschaft beantwortet werden: 1. Kommt es in den Anlagen zu spezifischen (biologischen) Abbau- und Degradationsvorgängen? 2. Wie hängen die zu beobachtenden Prozesse von MP-Charakteristika (Materialsorte, Zusammensetzung, Größe, Morphologie, Beschichtung) ab, ? 3. Lassen sich die Vorgänge ('Bioabbaubarkeit') durch gezielte Modifikation der Partikeloberfläche vor oder in den Anlagen beschleunigen? 4. Welche ökologischen Konsequenzen einer Ausbringung der (modifizierten) Partikel in die Umwelt und hier vor allem in den Boden lassen sich postulieren?
Arzneistoffträger auf Basis von Kollagen bieten aufgrund der Interaktionen mit Zellen und des positiven Einflusses auf die Geweberegeneration Vorteile gegenüber synthetischen Polymersystemen. Das Verständnis um Möglichkeiten zur Steuerung der Wirkstofffreigabe ist noch begrenzt. Zwei Prozesse, welche durch Modifikation des Trägermaterials wie z.B. Vernetzung gesteuert werden können, spielen eine entscheidende Rolle: Die Quellung des hydrophilen Polymers und dessen enzymatischer Abbau. Im Forschungsvorhaben sollen diese auf mikrostruktureller Ebene charakterisiert, mathematisch beschrieben und zur numerischen Simulation in zwei Raumdimensionen erforderliche Parameter bestimmt werden. Bei der Modellierung werden auf mikroskopischer Ebene Erhaltungsgesetze formuliert. Durch einen Mittelungsprozess unter Einbeziehung heuristischer Ansätze wird ein Übergang auf die Makroskala vollzogen. Der Degradationsprozess wird anschließend mit dem bereits in eigenen Vorarbeiten untersuchten Quellungsvorhang gekoppelt. Parallel werden die experimentellen Untersuchungen zur Wirkstofffreigabe durchgeführt. Die abschließende mehrdimensionale Simulation soll eine gezielte Einstellung der Matrixeigenschaften und -form zur Optimierung einer lokalen Arzneistofftherapie ermöglichen.
Halogenbenzole, wie z.B. Chlorbenzol etc. werden in waessriger Suspension mit H2O2/Fe-Ionen umgesetzt. Die Oxidationsprodukte werden mittels GC/MS bestimmt. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Zerstoerung von Halogenbenzolen, deren Entsorgung derzeit durch Verbrennung problematisch ist. Eine Untersuchung der biologischen Abbaubarkeit der erhaltenen waessrigen Loesungen der Oxidationsprodukte wird angestrebt.
Die breite Verfügbarkeit des Naturstoffs Pektin in Deutschland mit vielfältigen positiven Eigenschaften (Wasserlöslichkeit, Biokompatibilität, Bioabbaubarkeit) und der breiten öffentlichen Akzeptanz gepaart mit einem enormen, bisher ungenutzten Potential zur Entwicklung von biobasierten Produkten und Materialien sind Ausgangspunkt für die geplanten Untersuchungen. Die aus Pektin gut zugängliche Plattformverbindung Pektinhydrazid weißt interessante Reaktivitäten auf, die es erlauben eine praktisch unüberschaubare Zahl von funktionellen Gruppen in das Pektin einzuführen, wobei vor allem natürlich vorkommenden Aldehyde und Ketone im Mittelpunkt des Interesses stehen. Damit ist auch eine breite Palette von Funktionspolymeren und Materialien zugänglich, im Vordergrund stehen Tenside und Emulgatoren für die Kosmetik und die Waschmittelindustrie, um Stoffe auf der Basis von synthetischen Polymeren zu ersetzen. Hier wird ein Beitrag zur Vermeidung von Mikroplastik und/oder der Wasserverschmutzung durch wasserlösliche Polyacrylate geleistet. Weiterführend sollen für den medizinischen Sektor funktionalisierte, vernetzte Materialien hergestellt und auf ihre Einsatzfähigkeit hin untersucht werden. Gleichzeitig sollen die biologisch relevanten Eigenschaften (Biokompatibilität sowie Bioabbaubarkeit) auf gezielte Anwendungen hin maßgeschneidert werden. Hier sollen besonders vernetzte Pektinhydrazidderivate zur Blutreinigung, speziell zur Entfernung von gesundheitsschädlichen, carbonylierten Proteinen, untersucht werden. Weiter sind funktionalisierte Pektinmaterialien als Wundauflagen, die einem Infektionsschutz dienen und keine allergenen Reaktionen auslösen, attraktive Verwendungszwecke dieser neuen intensiv zu erforschenden Materialgruppe.