Die Untersuchung der Aktivitaet von photoelektrochemischen Elektroden hat - in Hinblick auf die Verwendungsfaehigkeit fuer alternative Energiequellen - zunehmende Bedeutung. Es wurde in Anlehnung an die mikrokatalytische Pulstechnik eine Apparatur entwickelt, die es gestattet, die Aktivitaet der beschichteten Elektroden mit Hilfe einer Testreaktion (Oxidationsreaktion) zu optimieren. Die entstehenden Reaktionsprodukte werden mit einer speziellen Gaschromatographie-Massenspektroskopie Kopplung analysiert. Als Lichtquelle dient eine Kombination einer Hg-Hochdrucklampe (mit Konversionsschicht) mit Wolframlampen. Die spektrale Energieverteilung entspricht etwa der Sonneneinstrahlung in bodennahen Schichten. Strahlungsintensitaet sowie Leuchtdichte koennen durch Vorsatzfilter veraendert werden. Zusaetzlich besteht die Moeglichkeit, durch eine steuerbare Warmluftstroemung die optimale Reaktionstemperatur zu bestimmen. Aufgrund der apparativ bedingten, relativ geringen aktiven Elektrodenflaeche, des hohen Totvolumens und der langsamen Desorption der Reaktionsprodukte ist ein Aufkonzentrierungsschritt erforderlich. Durch ein am Institut entwickeltes 'cold trapping'-Verfahren, ist es moeglich, die entsprechenden Reaktionsprodukte direkt dem GC zur Analyse zuzufuehren. Die Kopplung an das MS erfolgt ueber eine Stahlkapillare mit viskoser Stoerung. Diskriminierungseffekte werden durch eine zweistufige Durckdrosselung weitgehend ausgeschaltet.
TiO2-Nanopartikel stellen effiziente photoaktive Katalysatoren für die Zersetzung von organischen Schadstoffen dar. Die Fixierung der Partikel auf einem zellularen (porösen), lichtdurchlässigen Festkörper könnte den technischen Einsatz dieser Materialien wesentlich vereinfachen und die Effizienz erheblich steigern. Hierzu werden polymerabgleitete keramische Schäume entwickelt, denen Glas als Füllstoff zugesetzt wird. Über die Variation der Ausgangsstoffe und der Prozessbedingungen können Struktur und Eigenschaften der Schaumkomposite in weiten Bereichen beeinflusst werden.
Die Verschmutzung der Luft durch eine Vielzahl organischer Spurenstoffe (VOCs) und Stickoxide (NOx=NO+NO2) ist noch immer eines der Hauptprobleme für eine Verbesserung der Luftqualität in Ballungsgebieten. Organische Spurenstoffe stammen zu einem großen Teil aus biogenen Quellen, werden aber unter anderem auch durch den Straßenverkehr und die Verwendung von Lösemitteln in die Atmosphäre eingetragen. Neben einer weiteren Reduktion der Emissionen aus dem Fahrzeugverkehr z. B. durch eine Änderung der Motorkonzepte bzw. durch eine entsprechende Änderung der Abgasnachbereitung, wird bereits seit geraumer Zeit die Möglichkeit diskutiert, atmosphärische Spurenstoffe in der Luft photokatalytisch an Oberflächen, die mit TiO2 dotiert wurden, zu reduzieren. Beim photokatalytischen Abbau von VOCs an TiO2-haltigen Oberflächen wird neben der Bildung von CO2 und H2O, die Bildung von partiell oxigenierten Produkten wie Aldehyden und Ketonen beobachtet. Diese Produkte sind zum Teil giftig bzw. gesundheitsschädlich; sie entstehen allerdings auch bei dem OH-initiierten Abbau von VOCs in der Atmosphäre. Für die Anwendung im Außenbereich wie z. B. bei photoaktiven Dispersionsfarben ist daher der Einsatz vermutlich unproblematisch. Wahrscheinlich findet nur ein schnellerer VOC-Abbau als beim 'normalen' Abbau in der Atmosphäre statt. Hingegen würde beim Einsatz photokatalytischer Dispersionsfarben in Innenräumen unter Umständen eine zusätzliche VOC Belastung resultieren. Im Rahmen des Projektes werden in einem Flussreaktor unter simulierten atmosphärischen Bedingungen mit Hilfe geeigneter TiO2-dotierter Modelloberflächen das VOC-Reduktionspotential einer nachgestellten Gebäudeoberfläche untersucht und eine erste Bilanzierung der Umwandlung durchgeführt.
Das Ziel von SusTech Darmstadt im Gesamtkonzept des Verbundprojekts Nanocure ist die Erforschung der Wechselwirkung modifizierter halbleitender Nanopartikel mit Acrylat-Matrices unter dem Einfluss von UV-Strahlung. Zunächst wird in einem Screening-Verfahren eine breite Palette modifizierter Nanopartikel synthetisiert und die Eigenschaften untersucht. Eine Auswahl dieser Partikel wird auf Basis dieser Ergebnisse und der Ergebnisse der Verbundpartner, einer weiteren Optimierung hinsichtlich der photokatalytischen Effektivität und der Dispergierbarkeit in den Zielmatrices unterzogen. In einem weiteren Schritt werden Eigenschaften wie die Aushärtungskinetik oder die Eigenschaften der mit diesen Photoinitiatoren ausgehärteten Schichten (Härte, optische Eigenschaften, Kratzfestigkeit ...) erforscht. Parallel werden umfangreiche Recherchen durchgeführt, um eine schnelle Reaktion auf neue Arbeitsergebnisse anderer Arbeitsgruppen sicherzustellen. Die Verwertung der Ergebnisse erfolgt durch Lizenzierung der Patente. Daneben ist es denkbar, ein Spin-Off zu gründen, dessen Aufgabe es wäre, die neuen Photoinitiatoren zu produzieren und zu vermarkten.
Das Projekt befasst sich mit der kontinuierlichen Entwicklung von Solarkatalysatoren auf Mineralträger um den photochemischen Abbau von pharmazeutischen Wirkstoffen im Abwasser zu beschleunigen. Als Lichtquellen soll das natürliche bzw. künstliche Tageslicht dienen. Somit soll die Möglichkeit geschaffen werden, ein energieeffizientes Verfahren zu nutzen, um die Aufreinigung Arzneimittel-haltigen Wasser (insbesondere Wasch- und Spülwasser) vorzunehmen.
Objective/Problems to be solved: Water is becoming an increasingly scarce resource throughout the world and furthermore, many of these limited supplies have become nutrient enriched, supporting the growth of toxic cyanobacteria. These organisms produce extremely toxic naturally occurring compounds that frequently cause the death of both wild and domestic animals via ingestion of contaminated water. The death of patients undergoing dialysis has also been reported as a result of water used in their treatment being contaminated with the cyanotoxin microcystin-LR. In recognition of the potential risk to human health posed by cyanotoxins the World Health Organisation has now established a maximum limit of 1 Ag l-1 of microcystin-LR in drinking water. Cyanotoxins are very stable and traditional water treatment processes will not destroy them. There is also growing concern over contamination of water by pathogenic bacteria including E. coli O157 that has been associated with a number of high profile health incidents. The proposed revised Drinking Water Directive 98/83/EC will characterise high priority water pollutants. Toxin-producing algae have been specifically highlighted as a potential key hazardous pollutant. It has been identified that work needs to be carried out in developing expertise on these species and how to deal with them in drinking water. The new directive will also include a requirement to verify the efficiency of disinfection. This research proposal includes the development of such a device on the water treatment unit: The European Commission Task Force on Environment-Water identified 10 priority areas (so called 'action lines') for EU collaborative research and development in the area of freshwater. Action line 3 specifically highlights toxin-producing algae as a potential key hazardous pollutant and identified that work needs to be carried out developing expertise on these species and how to deal with them in drinking water. It also specifically mentions inadequate treatment of drinking water as being a potential problem. Action line 4 details the requirement to develop water treatment technologies for, among other things, the disinfection of drinking water. Photocatalytic oxidation is an advanced water treatment sub-technology specifically identified as an area where research should be concentrated. Scientific objectives and approach: The problems of contamination of drinking water by cyanotoxins and E. coli will be investigated using semiconductor photocatalysis. The objective of this project is to develop a method primarily for dealing with cyanotoxins in drinking water. In addition the destruction of the pathogenic micro-organism, E. coli, will also be investigated. A novel biosensor will be developed for the on-line detection of cyanotoxins in water... Prime Contractor: The Robert Gordon Unversity, School of Mechanical and Offshore Engineering; Aberdeen/Scotland.
Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung der technischen Grundlagen fuer den solar-photokatalytischen Abbau von organischen Substanzen, z.B. Loesungsmitteln, in Abgasen. Dieses Verfahren scheint besonders fuer gering belastete Gasstroeme geeignet, bei denen herkoemmliche Verfahren an Grenzen stossen. Moegliche Einsatzgebiete liegen in Anlagen mit geringen Abgasmengen und Einzelanlagen. Mit Hilfe von platindotiertem TiO2 ist es moeglich, VOC's thermo- und photokatalytisch abzubauen. Ohne Verwendung weiterer Hilfstoffe werden die Schadstoffe bei maessigen Temperaturen zu CO2, Wasser und anorganischen Saeuren umgesetzt. Dazu durchstroemt das verunreinigte Gas einen monolithischen Wabenkoerper, dessen Basis auf einem Tonmineral und TiO2, dem Photokatalysator, besteht und der mit Platin impraegniert wird. Der Monolith befindet sich in einem Rohrreaktor, der vorne durch eine Ouarzglasscheibe verschlossen wird. Durch diese tritt die konzentrierte Sonnenstrahlung ein und sorgt fuer eine Aktivierung des Halbleitermaterials und eine Erwaermung der Struktur. Beide Effekte ueberlagern sich und fuehren innerhalb weniger Sekunden zum Abbau des Schadstoffs. Bisher wurde Toluol untersucht, Xylol und Trichlorethylen sollen folgen.
Im Rahmen des Projektes konnte gezeigt werden, dass es moeglich ist Plasmocer(R)-Schichtsysteme so zu modifizieren, dass diese als heterogene, traegerfixierte Photokatalysatoren einsetzbar sind. Es ist moeglich, die Schichtaktivitaet ueber die Elektrolytzusammensetzung zu steuern, waehrend die elektrischen Betriebsparameter der Beschichtung keinen wesentlichen Einfluss auf die photochemische Aktivitaet besitzen. Die Wahl des Grundmetalls kann sich negativ auf die Photohalbleitereigenschaften der Schicht auswirken. Es konnte gezeigt werden, dass dotierte Schichten prinzipiell eine Verschlechterung des Halbleiter- als auch der photochemischen Effekte zeigen. Hinsichtlich der Einordnung zur Effizienz der Schichtsysteme zeigt sich, dass die undotierte Plasmoder(R)-Schicht (Elektrolyt P-Ti) fuer die Photokatalyse am besten geeignet ist. Dieses Schichtsystem ist auch auf Aluminium als Grundwerkstoff herstellbar und zeigt photochemische Aktivitaet. Die Schichtsysteme weisen eine hinreichende mechanische Stabilitaet in Hinblick auf die geplante Anwendung als Photokatalysator zur solaren Detoxifizierung von schadstoffbelasteten Wasser auf. Mit den Ergebnissen der Verschleissuntersuchungen unter simulierten Einsatzbedingungen kann geschlussfolgert werden, dass ein Einsatz im Freien zur Ausnutzung des natuerlichen Sonnenlichtes moeglich ist. Der im Projekt vorgestellte Laborflachbettreaktor mit photokatalytisch aktiven Plasmocer(R)-Schichten wird nach Ermittlung der Randparameter als erster Prototyp mit einer Bestrahlungsflaeche von ca. 1 m2 gebaut und mit den neuen Schichtsystemen als Photokatalysator bestueckt. Dieser Reaktor soll im Rahmen eines AiF-Projektes unter Ausnutzung des natuerlichen Sonnenlichtes in Aegypten getestet werden.
Beim Uebergang vom elektronisch angeregten 2P1/2- zum 2P3/2-Zustand von Jodatomen laesst sich in einem optischen Resonator Laseremission Beim Uebergang vom elektronisch angeregten 2P1/2- zum 2P3/2-Zustand von Jodatomen laesst sich in einem optischen Resonator Laseremission bei der Wellenlaenge I = 1,315 mm erreichen. Die Besetzungsinversion kann z.B. durch Stoesse zwischen Jodatomen und angeregten Sauerstoffmolekuelen erzeugt werden. Fuer die Erzeugung angeregter Sauerstoffmolekuele stehen verschiedene Methoden zur Verfuegung, die alle einer kommerziellen Nutzung des Laser entgegenstehen. Den aus C5- und C6-Ringen aufgebauten Fullerenen wird dagegen in der Literatur eine photokatalytische Aktivitaet zugeschrieben, die auf besonders effektive Weise zu dem im Sauerstoff-Jod-Laser benoetigten Anregungszustand des Sauerstoffmolekuels fuehren soll. Darauf gruendet sich die dem hier bearbeiteten Projekt zugrundeliegende Idee, den fuer den Sauerstoff-Jod-Laser erforderlichen Anregungszustand O2(1D) mit Hilfe von Fullerenen zu erzeugen. Im vorliegenden Projekt wurden zwei sich stark unterscheidende Generatorkonzepte experimentell geprueft, denen die heterogene photokatalytische Reaktion von Sauerstoff mit auf Substrat gebundenen Fullerenen und die homogene photokatalytische Reaktion zwischen Fullerendampf und Sauerstoff zugrunde liegen. Die Erwartungen konnten jedoch in keiner Weise erfuellt werden. Eine wesentliche Erkenntnis des Projektes ist, dass die photokatalytische Erzeugung von O2(1D) an substratgebundenen Schichten ineffektiv ist. Die Ursache fuer die geringe O2(1D)-Produktion ist moeglicherweise auf einer Bedeckung der aktiven Oberflaeche mit Absorbaten zurueckzufuehren. Dass solche Bedeckungen existieren, konnte mit Hilfe der Verbrennungsanalyse von quarzgebundenen Fullerenschichten nachgewiesen werden. Es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass zusaetzlich eine durch die Bindungskraefte der Schicht verursachte energetische Verschiebung des angeregten Fullerentripletts eine Rolle spielt. Freie Fullerene (C60) reagierten nach der Sublimation in der erwarteten Weise. Stosswellenexperimente zeigten, dass in Gemischen aus Sauerstoff und Fullerendampf unter Lichteinwirkung O2(1D) entsteht. Dies konnte indirekt auch in Sauerstoff-C60-Jod-Systemen nachgewiesen werden, bevor die Fullerene in der heissen Umgebung verbrennen. Wegen der hohen Sublimationstemperatur von 600 Grad Celsius und der bei hohen Temperaturen eingeschraenkten Effektivitaet des gesamten Anregungsprozesses ist eine technische Anwendung jedoch kaum moeglich.
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