Katalyse in Wasser mit Oxidorhenium(V) Komplexen

Das Nitrat Anion NO3 ist, gemeinsam mit dem Phosphat Anion PO4, einer der beiden Hauptbestandteile von Kunstdüngern. Die Ernährung von mittlerweile über 8 Milliarden Menschen auf diesem Planeten wäre mittlerweile ohne den Einsatz von Kunstdüngern in der Landwirtschaft schlicht und einfach nicht mehr möglich. Das Nitrat selbst kommt zwar überall in der Natur vor in Form von Mineralien und Salzen, für lange Zeit war aber ein wirtschaftlicher Abbau des Nitrats nur in wenigen Teilen der Welt möglich. Schnell war absehbar, dass die natürliche Gewinnung von Nitraten auf Dauer nicht mit der stetig steigenden globalen Nachfrage mithalten können wird. Dies war auch dem Umstand geschuldet, dass Nitratsalze für die Herstellung von Sprengstoffen benötigt wurde. Aus diesen Gründen wurde nach einer chemischen Synthese von Nitrat geforscht, die schließlich durch die grundlegenden Arbeiten von Fritz Haber und später von Carl Bosch zum Durchbruch führten. Fortan konnten mittels Katalyse große Mengen Ammoniak NH3 direkt aus N2 und H2 hergestellt und in weiterer Folge zu Nitrat oxidiert werden. Heutzutage führt die vor allem übermäßige landwirtschaftlich Düngung zu einer erhöhten Nitrat Belastung von Trinkwasser, was nachteilige gesundheitliche Auswirkungen auf ältere Menschen und Kinder haben kann. Daher gibt es Grenzwerte für Nitrat im Trinkwasser. Technologisch gesehen gibt es jedoch lediglich physikalische Methoden, um überschüssiges Nitrat aus dem Trinkwasser zu entfernen, wie z.B. Ionen-Austausch Chromatographie oder Osmose. Das gemeinsame Problem bei diesen Verfahren ist, dass das Nitrat nur gefiltert wird, im Anschluss aber noch immer vorhanden ist, meist in Form einer hoch Nitrat-haltigen Schlacke, die dann als Sondermüll gilt. In einem ersten, vom FWF geförderten Projekt (P-37178-N) werden die fundamentalen, chemischen Grundlagen dieser herausfordernden Reaktion erforscht. In diesem zweiten bewilligten Projekt soll erforscht werden, wie die katalytische Reaktion in das wässrige Milieu übertragen werden kann. Die Chemie soll, sozusagen, heraus aus dem Labor (wo hauptsächlich organische Lösungsmittel verwendet werden), näher heran an die wirkliche Welt transportiert werden. Das bedeutet, die Komplexe müssen so modifiziert werden, dass sie wasserlöslich und -stabil werden. Vor allem die zweite Anforderung ist eine hohe chemische Hürde, da Hydrolyse, also Zersetzung durch Wasser, nun eine zentrale Rolle spielt, im Gegenteil zu organischen Lösungsmitteln. In diesem Zusammenhang kollaborieren wir mit der Gruppe von Prof. M. Gallei, Universität des Saarlandes in Deutschland, die sich sehr stark mit wasserlöslichen Membranen, die aus speziellen Polymeren aufgebaut werden, die dann mit den Re(V)- Komplexen aus Graz modifiziert werden können.