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.
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 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.
In diesem Forschungsvorhaben sollen zwei Reaktortypen, ein Duennfilm-Festbettreaktor und ein Acrylglas-Stegdoppelplattenreaktor, fuer die photokatalytische Wasserbehandlung eingesetzt und optimiert werden. Der Duennfilm-Festbettreaktor arbeitet mit fixiertem und der Stegdoppelreaktor mit suspendiertem Katalysator. nach der hydrodynamischen Untersuchung und Optimierung beider Systeme sollen die Sedimentationseigenschaften verschiedener Titandioxidkatalysatoren ermittelt werden. Basierend auf diesen Untersuchungen soll die Oxidationsfaehigkeit beider Systeme zunaechst mit Dichloressigsaeure und anschliessend mit zwei realen Abwaessern aus der Textilindustrie untersucht und verglichen werden. Abschliessend sollen Einsatzmoeglichkeiten der photokatalytischen Wasserbehandlung mit fixierten und suspendierten Systemen aufgezeigt werden. Parallele Untersuchungen unter solaren Bedingungen durch die Arbeitsgruppe von Dr. A. Ghrabi, Institut National de Recherche Scientifique et Technique, Tunis, Tunesien, gewaehrleistet die Ueberarbeitung und Vervollstaendigung der Ergebnisse fuer die solare Anwendung. Eine Kooperation mit Dr. D. Bahnemann, Institut fuer Solarenergieforschung Hannover, stellt den Kontakt zur Katalysatorentwicklung und Qualitaetssicherung im Bereich der Photokatalyse sicher.
Photochemische Behandlung der bei einem Verfahren zur Behandlung von Boeden aus dem Bereich der ehemaligen Sprengstoffabrik 'Tanne' bei Clausthal-Zellerfeld anfallenden mit Nitro- und Aminoaromaten belasteten Prozesswaessern. Diese Prozesswaesser sollen durch kombinierte biologisch/chemische Verfahren oder durch chemisch-oxidative Verfahren behandelt werden. Insbesondere sollen anaerobe und aerobe biologische Verfahren, die Photooxidation mit Wasserstoffperoxid, die Photooxidation mit Ozon, die Photokatalyse mit Titandioxid sowie die Kombination der genannten photochemischen Verfahren mit einer biologischen Vorbehandlung des Wassers untersucht werden. Ziel der Untersuchung ist es, fuer die geplanten Pilotversuche auf dem Gelaende der ehemaligen Sprengstoffabrik 'Tanne' ein Verfahren oder eine Verfahrenskombination zu entwickeln, das eine hoehere Effizienz bezueglich der Schadstoffdestruktion und -rueckhaltung als die Aktivkohlebehandlung aufweist.
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.
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