Tire wear (TW) constitutes a significant source of microplastic in terrestrial ecosystems. It is known that particles emitted by roads can have an effect up to 100 m into adjacent areas. Here, we apply for the first-time thermal extraction desorption gas chromatography-mass spectrometry (TED-GC/MS) to determine TW in soil samples by detection of thermal decomposition products of styrene-butadiene rubber (SBR), without additional enrichment. Additionally, zinc contents were determined as an elemental marker for TW. Mixed soil samples were taken along three transects along a German motorway in 0.3, 2.0, and 5.0 m distance from the road. Sampling depths were 0-2, 2-5, 5-10, and 10-20 cm. Four fine fractions, 1 000-500, 500-100, 100-50, and <50 mikrom, were analyzed. TW contents based on SBR ranged from 155 to 15 898 mg kg-1. TW contents based on zinc were between 413 and 44 812 mg kg-1. Comparison of individual values of SBR and zinc reveals SBR as a more specific marker. Results confirm that most TW ends up in the topsoil within a 2 m distance. The sampling strategy resulted in representative data for a larger area. Standard deviations of quadruple TED-GC/MS determination of SBR were <10% for all grain size fractions. TED-GC/MS is a suitable analytical tool for determining TW in soil samples without the use of toxic chemicals, enrichment, or special sample preparation. © 2022 The Authors
Analysis of microplastic particles in environmental samples needs sophisticated techniques and is time intensive due to sample preparation and detection. Alternatives to the most common (micro-) spectroscopic techniques, Fourier transform infrared and Raman spectroscopy, are thermoanalytical methods, in which specific decomposition products can be analyzed as marker compounds for different kinds of plastic types and mass contents. Thermal extraction desorption gas chromatography-mass spectrometry allows the fast identification and quantification of MP in environmental samples without sample preparation. Whereas to date only the analysis of thermoplastic polymers has been realized, this is the first time that even the analysis of tire wear (TW) content in environmental samples has been possible. Various marker compounds for TW were identified. They include characteristic decomposition products of elastomers, antioxidants, and vulcanization agents. Advantages and drawbacks of these marker substances were evaluated. Environmental samples from street runoff were exemplarily investigated, and the results are presented. © 2018 American Chemical Society.
The occurrence of microplastic (MP) in food products, such as beverages in plastic bottles, is of high public concern. Existing analytical methods focus on the determination of particle numbers, requiring elaborate sampling tools, laboratory infrastructure and generally time-consuming imaging detection methods. A comprehensive routine analysis of MP in food products is still not possible. In the present work, we present the development of a smart filter crucible as sampling and detection tool. After filtration and drying of the filtered-off solids, a direct determination of the MP mass content from the crucible sample can be done by thermal extraction desorption gas chromatography mass spectroscopy (TED-GC/MS). The new filter crucible allows a filtration of MP down to particle sizes of 5 (micro)m. We determined MP contents below 0.01 (micro)g/L up to 2 (micro)g/L, depending on beverages bottle type. This may be directly related to the bottle type, especially the quality of the plastic material of the screw cap. Dependent on the plastic material, particle formation increases due to opening and closing operations during the use phase. However, we have also found that some individual determinations of samples were subjected to high errors due to random events. A conclusive quantitative evaluation of the products is therefore not possible at present. © Taylor&Francis Online
Uranium occurs naturally in soil and rocks, and therefore where it is present in water-soluble form it also occurs naturally in groundwater as well as in drinking water obtained from groundwater. Animal studies suggest that the toxicity of uranium is mainly due to its damage to kidney tubular cells following exposure to soluble uranium compounds. The assessments of the absorption of uranium via the gastrointestinal tract vary, and this has consequences for regulation, in particular the derivation of e.g. drinking water limit values. Absorption rates vary according to the nature and solubility of the compound in which uranium is presented to the test animals and depending on the animal species used in the test. No differences for sex have been observed for absorption in either animals or humans. However, human biomonitoring data do show that boys excrete significantly more uranium than girls. In animal studies neonates took up more uranium than adults or older children. Nutritional status, and in particular the iron content of the diet, have a marked influence on absorption, and higher uranium levels in food intake also appear to increase the absorption rate. If the pointers to an absorption mechanism competing with iron are correct, these mechanisms could also explain the relatively high concentration and chemical toxicity of uranium in the kidneys. It is here (and in the duodenum) that divalent metal transporter 1 (DMT1), which is primarily responsible for the passage of iron (or uranium?) through the cell membranes, is most strongly expressed.Quelle: http://www.sciencedirect.com
The concentration-dependent absorption behaviour of uranium was investigated with surviving intestinal segments of rat jejunums, using an ex-vivo model. The results showed a monotonic slightly nonlinear increase in absorption as uranium concentrations increased. This trend was observed over the entire concentration range tested. In the lower concentration range a slower linear ascent was observed while a steeper linear ascent was found for the higher concentration range. Statistical fit was only slightly poorer for an exponential function in the range of lower values and a logarithmic function in the range of higher values. The proportion of uranium absorbed expressed as percent of uranium concentrations in the perfusion solutions followed a monotonically increasing trend from 20 to around 200 ìg/l uranium in the perfusion solutions, which thereafter appears to reach a plateau, as further increase towards concentrations around 400 ìg/l is not substantial. The uranium concentration administered had no effect on the vitality and consequently the functionality of the intestinal segments, measured in terms of active glucose transport. The results imply that uranium concentrations of more than 20 ìg/l in drinking water, for example, could lead to elevated absorption rates and thus to higher internal exposures to consider when setting of Guideline values in this concentration range.Quelle: http://www.sciencedirect.com
Im Zuge der industriellen Entwicklung hat die Einleitung von Schadstoffen in die Gewässer immens zugenommen. Neben ihrem Vorkommen im Wasser findet eine fortwährende Anreicherung der Gewässerböden mit Schadstoffen, wie z.B. Schwermetallen und Chlorierten Kohlenwasserstoffen, statt. Ablagerung im Sediment Im Stoffkreislauf eines Gewässers bilden die Sedimente ein natürliches Puffer- und Filtersystem, das durch Strömung, Stoffeintrag/-transport und Sedimentation starken Veränderungen unterliegt. Die im Ballungsraum Berlin vielfältigen Einleitungen, häusliche und industrielle Abwässer, Regenwasser u.a. fließen über die innerstädtischen Wasserwege letztlich vorwiegend in die Unterhavel. Die seenartig erweiterte Unterhavel mit ihrer niedrigen Fließgeschwindigkeit bietet ideale Voraussetzungen dafür, daß sich die im Wasser befindlichen Schwebstoffe hier auf dem Gewässergrund absetzen (sedimentieren). Für die Beurteilung der Qualität des gesamten Ökosystems eines Gewässers kommt daher zu den bereits seit Jahren analysierten Wasserproben immer stärker auch der Analyse der Sedimente besondere Bedeutung zu. Sedimentuntersuchungen spiegeln gegenüber Wasseruntersuchungen unabhängig von aktuellen Einträgen die langfristige Gütesituation wider und stellen damit eine wesentlich bessere Vergleichsgrundlage mit anderen Fließgewässern dar. Während bei Wasseruntersuchungen eine klare Abgrenzung zwischen dem echten Schwebstoffgehalt und einem zeitweiligen Auftreten von Schwebstoffen durch aufgewirbelte Sedimentanteile nicht möglich ist, bieten sich Sedimente als nicht oder nur gering durch unerwünschte Einflüsse beeinträchtigtes Untersuchungsmedium an. Die im Gewässer befindlichen Schweb- und Sinkstoffe mineralischer und organischer Art sind in der Lage, Schadstoffpartikel anzulagern (Adsorption). Die auf dem Grund eines Gewässers abgelagerten Schweb- und Sinkstoffe, die Sedimente, bilden somit das Reservoir für viele schwerlösliche und schwerabbaubare Schad- und Spurenstoffe. (Schad-)Stoffe werden im Sediment entsprechend ihrer chemischen Persistenz und den physikalisch-chemischen und biochemischen Eigenschaften der Substrate über lange Zeit konserviert. Die Analysen der Sedimentproben aus unterschiedlichen Schichttiefen liefern eine chronologische Aufzeichnung des Eintrages in Gewässer, die u. a. auch Rückschlüsse auf Kontaminationsquellen erlauben. Nach der Sedimentation kann ein Teil der fixierten Stoffe u. a. durch Desorption, Freisetzung nach Mineralisierung von organischem Material, Aufwirbelung, Verwitterung und schließlich durch physikalische und physiologische Aktivitäten benthischer (bodenorientierter) Organismen wieder remobilisiert und in den Stoffkreislauf eines Gewässers zurückgeführt werden. Schwermetalle Schwermetalle können auf natürlichem Weg, z. B. durch Erosion und Auswaschungsprozesse, in die Gewässer gelangen; durch die oben erwähnten Einleitungen wurde ihr Gehalt in den Gewässern ständig erhöht. Sie kommen in Gewässern nur in geringem Maße in gelöster Form vor, da Schwermetallverbindungen schwer löslich sind und daher ausfallen. Mineralische Schweb- und Sinkstoffe sind in der Lage, Schwermetallionen an der Grenzflächenschicht anzulagern. Sie können ferner in Wasserorganismen gebunden sein. Über die Nahrungskette werden die Schwermetalle dann von höheren Organismen aufgenommen oder sinken entsprechend der Fließgeschwindigkeit eines Gewässers als Ablagerung (Sediment) auf den Gewässergrund ab. Einige Schwermetalle sind in geringen Mengen (Spurenelemente wie z.B. Kupfer, Zink, Mangan) lebensnotwendig, können jedoch in höheren Konzentrationen ebenso wie die ausgesprochen toxischen Schwermetalle (z. B. Blei und Cadmium) Schadwirkungen bei Mensch, Tier und Pflanze hervorrufen. Die in den Berliner Gewässersedimenten am häufigsten erhöhte Meßwerte aufweisenden Schwermetalle werden nachstehend kurz beschrieben. Kupfer ist ein Halbedelmetall und wird u.a. häufig in der Elektroindustrie verwendet. Die toxische Wirkung der Kupferverbindungen wird in der Anwendung von Algiziden und Fungiziden genutzt. Kupfer ist für alle Wasserorganismen (Bakterien, Algen, Fischnährtiere, Fische) schon in geringen Konzentrationen toxisch und kann sich daher negativ auf die Besiedlung und Selbstreinigung eines Gewässers auswirken. Als wichtigstes Spurenelement ist Kupfer für den menschlichen Stoffwechsel von Bedeutung; es führt jedoch bei erhöhten Konzentrationen zu Schädigungen der Gesundheit, die in der Regel nur vorübergehend und nicht chronisch sind. Wie Kupfer ist Zink in geringen Mengen ein lebenswichtiges Element für den Menschen. Zink wird u.a. häufig zur Oberflächenbehandlung von Rohren und Blechen sowie zu deren Produktion verwendet. Ähnlich wie Kupfer haben erhöhte Zinkkonzentrationen toxische Wirkung auf Wasserorganismen; vor allem in Weichtieren (Schnecken, Muscheln) reichert sich Zink an. Blei gehört neben Cadmium und Quecksilber zu den stark toxischen Schwermetallen, die für den menschlichen Stoffwechsel nicht essentiell sind. Bleiverbindungen werden z. B. bei der Produktion von Farben und Rostschutzmitteln sowie Akkumulatoren eingesetzt. Teilweise befinden sich in Altbauten auch noch Wasserleitungen aus Blei. Der größte Bleiemittent ist – trotz starkem Rückgang des Verbrauchs von verbleitem Benzin – immer noch der Kraftfahrzeugverkehr. Die ständige Aufnahme von Blei kann zu schweren gesundheitlichen Schädigungen des Nervensystems und zur Inaktivierung verschiedener Enzyme führen. Cadmium wird bei der Produktion von Batterien, als Stabilisator bei der PVC-Herstellung, als Pigment für Kunststoffe und Lacke sowie in der Galvanotechnik verwendet. Die toxische Wirkung von Cadmium bei bereits geringen Konzentrationen ist bekannt, wobei das Metall vor allem von Leber, Niere, Milz und Schilddrüse aufgenommen wird und zu schweren Schädigungen dieser Organe führen kann. Pestzide, PCB und deren Aufnahme durch Aale Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) haben an ihrem Kohlenstoffgerüst Chlor gebunden. Innerhalb der Gruppe der halogenierten Kohlenwasserstoffe finden sie die bei weitem meiste Herstellung, Anwendung und Verbreitung. Chlorierte Kohlenwasserstoffe sind wegen ihrer vielfältigen Verbindungen sehr zahlreich. Viele organische Chlorverbindungen, wie z.B. DDT und insbesondere die polychlorierten Biphenyle (PCB), weisen eine hohe Persistenz auf. Viele Verbindungen der Chlorierten Kohlenwasserstoffe sind im Wasser löslich, andere, wie z. B. DDT und PCB, sind dagegen fettlöslich und reichern sich im Fettgewebe von Organismen an. Verschiedene Pestizide und PCB haben – vor allem mit abnehmender Wasserlöslichkeit – die Eigenschaft, sich adsorbtiv an Schwebstoffen oder auch an Pflanzenorganismen anzulagern. In strömungsarmen Bereichen des Gewässers sinken die Schwebstoffe ab und gelangen mit den Schadstoffen auch in das Sediment. Die hier lebenden Organismen sind eine wichtige Nahrungsgrundlage für Fische. Vorwiegend die benthisch lebenden Fische vermögen daher hohe Schadstoffkonzentrationen im Fettgewebe aufzunehmen. Vor allem die fettreich werdenden Aale fressen Bodenorganismen und graben sich im Sediment ein. Diese Lebensweise führt dazu, Pestizide und PCB nicht nur über die Nahrung, sondern auch über die Haut aufzunehmen und im Körperfett zu speichern. DDT, Dichlor-Diphenyl-Trichlorethan, ist ein schwer abbaubarer Chlorierter Kohlenwasserstoff, der zu den bekanntesten Schädlingsbekämpfungsmitteln gehört und früher weltweit eingesetzt wurde. Aufgrund der fettlöslichen Eigenschaften und der äußerst hohen Persistenz wird DDT vornehmlich in den Körperfetten nahezu aller Organismen gespeichert. Die globale Anwendung von DDT hat so zu einer Belastung der gesamten Umwelt geführt. Inzwischen ist die DDT-Anwendung von fast allen Ländern gesetzlich verboten. DDT ist mutagen (erbschädigend) und steht in Verdacht, krebserregend zu sein. Lindan wird vor allem als Kontakt- und Fraßgift zur Schädlingsbekämpfung von Bodeninsekten und als Mittel zur Saatgutbehandlung verwendet. Lindan ist bei Temperaturen bis 30° C nicht flüchtig und weist eine geringe chronische Toxizität auf – ist dafür aber akut toxisch. Vergiftungserscheinungen können z. B. beim Menschen zu Übelkeit, Kopfschmerzen, Erbrechen Krampfanfällen, Atemlähmung bis hin zu Leber- und Nierenschäden führen. Zudem besitzt Lindan eine hohe Giftigkeit für Fische; es wird aber relativ schnell wieder ausgeschieden und abgebaut. PCB, polychlorierte Biphenyle, sind schwer abbaubare Chlorierte Kohlenwasserstoffe, die mit zu den stabilsten chemischen Verbindungen gehören. Wegen ihrer guten Isoliereigenschaften und der schlechten Brennbarkeit werden sie in Kondensatoren oder Hochspannungstransformatoren verwendet. Weitere Verwendung finden PCB bei Schmier-, Imprägnier- und Flammschutzmitteln. Verursacher des PCB-Eintrages in die Berliner Gewässer sind im wesentlichen der KFZ-Verkehr, die durch KFZ belastete Regenentwässerung sowie die KFZ- und Schrott-Entsorgung. In hohen Konzentrationen verursachen PCB Leber-, Milz- und Nierenschäden. Bei schweren Vergiftungen kommt es zu Organschäden und zu Krebs. Einige PCB-Vertreter unterliegen im Rahmen der gesetzlichen Regelungen seit 1989 Einschränkungen bei der Herstellung bzw. Verwendung (PCB-, PCT-, VC-Verbotsverordnung vom 18.7.89). Neben dem Nachweis erhöhter Werte im Wasser und in Sedimenten Berliner Gewässer wurden in den 80er Jahren bei Fischuntersuchungen lebensmittelrechtlich äußerst bedenkliche Konzentrationen von CKW, wie z. B. PCB und die Pestizide DDT und Lindan nachgewiesen. Dies führte im Westteil von Berlin nach Inkrafttreten der Schadstoff-Höchstmengenverordnung (SHmV vom 23. 3. 1988) zum Vermarktungsverbot für aus Berliner Gewässern gefangene Fische. Die seit dieser Zeit gefangenen Fische wurden der Sondermüllentsorgung zugeführt. Die Berufsfischerei führte im Auftrag des Fischereiamtes Berlin aufgrund eines Senatsbeschlusses Befischungsmaßnahmen durch, die durch gezielte Beeinflussung der Alterszusammensetzung eine Reduzierung der Schadstoffbelastung der Berliner Fischbestände bewirken sollten. Die intensive Befischung der Überständler hatte einen jüngeren, fett- und damit schadstoffärmeren Bestand zum Ziel; jüngere, fettärmere Fische enthalten weniger Anteile der lipophilen (fettliebenden) CKW, wie PCB, DDT, Lindan u.a. Infolge verschärfter Genehmigungsverfahren für potentielle Schadstoffeinleiter sowie insbesondere aufgrund des derzeitig verjüngten Fischbestandes konnte das Vermarktungsverbot im Mai 1992 aufgehoben werden.
Auf der Grundlage des § 5 Abs. 2 des Gesetzes über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG) vom 18.03.2021 (BGBl. I S. 540) wird hiermit Folgendes bekannt gegeben: Die Firma Covestro Deutschland AG CHEMPARK 41538 Dormagen beantragt gemäß § 16 Bundes-Immissionsschutzgesetz die Genehmigung zur wesentlichen Änderung der Anlage zur Herstellung von Toluylendiisocyanat (TDI-Anlage) an ihrem Standort im CHEMPARK Dormagen, Gemarkung Worringen, Flur 33, Flurstück 79. Die Änderung umfasst im Wesentlichen die energetische Optimierung der TDI-Anlage durch die Errichtung und den Betrieb eines Heiß-Phosgen-Vereinigers, der Umstellung der Destillationseinheit, die Errichtung und den Betrieb einer neuen Kältemaschine sowie die Erweiterung der Anlagenteile für die Verfahrensschritte Absorption, Desorption und Vorwärmung und die Erhöhung der Produktionskapazität.
In a first part of this work the permeation through and diffusion/migration from high density polyethylene,polybutylene, polypropylene and cross linked polyethylene films was investigated experimentally with three different methods to determine diffusion coefficients in these polyolefins for a series of additives, their degradation products and other organic substances in the 20-60 ˚C temperature range. The experimental methods used were dynamic permeation through additive free the polymer films, kinetic desorption from additivated films into water and kinetic migration from additivated into additive free polymer films. It was found that in general the temperature dependence of the obtained diffusion coefficients was well represented by the Arrhenius law. Some of these results also suggested that the contact of the polyolefins with water had an influence on the magnitude of the diffusion coefficients and on their apparent activation energy of diffusion.In the second part of this work the obtained pools of diffusion coefficients for each of the investigated polymers were used to develop an approach to estimate theoretically and without any further experimentation "conservative" diffusion coefficients for any organic substance, with molecular mass ranging from 50 to 1250 g/mol, diffusing in these polymers at temperatures between 15 and 85 ˚C. The possibility to estimate such conservative diffusion coefficients is very important when it comes to use efficiently migration modelling as an alternative method to test the compliance of polymeric articles with the existing national and/or European standards for drinking water. The use of polymer specific diffusion coefficients in migration modelling is required in the framework of the "Migration modelling guideline" recommendation of the German Environment Agency. Quelle: https://www.sciencedirect.com/
Hexavalent chromium is highly toxic and elaborate technology is necessary for ensured removal during drinking water production. The present study aimed at estimating the potential of a micro-sized iron hydroxide (nGFH] adsorbent for chromate removal in competition to ions presents in drinking water. Freundlich and Langmuir models were applied to describe the adsorption behaviour. The results show a high dependency on the pH value with increasing adsorption for decreasing pH values. The adsorption capacity in deionized water (DI) at pH 7 was 5.8mg/g Cr(VI) while it decreased to 1.9mg/g Cr(VI) in Berlin drinking water (DW) at initial concentrations of 1.2mg/L. Desorption experiments showed reversible adsorption indicating ion exchange and outer sphere complexes as main removal mechanisms. Competing ions present in DW were tested for interfering effects on chromate adsorption. Bicarbonate was identified as main inhibitor of chromate adsorption. Sulfate, silicate and phosphate also decreased chromate loadings, while calcium enhanced chromate adsorption. Adsorption kinetics were highly dependent on particle size and adsorbent dose. Adsorption equilibrium was reached after 60ââą ¯min for particles smaller than 63nm, while 240 min were required for particles from 125nm to 300nm. Adsorption kinetics in single solute systems could be modelled using the homogeneous surface diffusion model (HSDM) with a surface diffusion coefficient of 4x10-14m2/s. Competitive adsorption could be modelled using simple equations dependent on time, adsorption capacity and concentrations only. © 2018 Elsevier Ltd. All rights reserved.
Small polymer particles with a diameter of less than 5 mm called microplastics find their way into the environment from polymer debris and industrial production. Therefore a method is needed to identify and quantify microplastics in various environmental samples to generate reliable concentration values. Such concentration values, i.e. quantitative results, are necessary for an assessment of microplastic in environmental media. This was achieved by thermal extraction in thermogravimetric analysis (TGA), connected to a solid-phase adsorber. These adsorbers were subsequently analysed by thermal desorption gas chromatography mass spectrometry (TDS-GC-MS). In comparison to other chromatographic methods, like pyrolyse gas chromatography mass spectrometry (Py-GC-MS), the relatively high sample masses in TGA (about 200 times higher than used in Py-GC-MS) analysed here enable the measurement of complex matrices that are not homogenous on a small scale. Through the characteristic decomposition products known for every kind of polymer it is possible to identify and even to quantify polymer particles in various matrices. Polyethylene (PE), one of the most important representatives for microplastics, was chosen as an example for identification and quantification.Quelle: http://www.sciencedirect.com
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| Förderprogramm | 608 |
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