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Ziel des Projektes war die Entwicklung photokatalytisch aktiver Faserwerkstoffe für innovative Umwelttechnologien, wobei der photokatalytische Schadstoffabbau z.B. in Textilfärbereien als ein bevorzugtes Anwendungsfeld gesehen wurde.
Die Problematik der Aufbereitung von Färbereiabwässern wird allein durch die alarmierende Tatsache deutlich, dass gegenwärtig weltweit ca. 10 000 unterschiedliche Farbstoffe und Farbpigmente produziert werden, wovon 20 % im Abwasser der Färbereien wiederzufinden sind. Aufgrund ihrer potentiellen Toxizität für Mensch und Umwelt ist es unter Berücksichtigung ihrer unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung und ihrer hohen Verdünnung eine große Herausforderung, diese Farbstoffe kostengünstig und effizient aus dem Abwasser zu entfernen.
Aufgrund der hohen Stabilität der synthetischen Farbstoffe und der hohen Salzgehalte der Abwässer sind biologische Abbauverfahren nur begrenzt einsetzbar. Außerdem ist hierbei noch zu berücksichtigen, dass beim biologischen Abbau von Azofarbstoffen unter anaeroben Bedingungen toxische aromatische Amine gebildet werden, die damit sogar das gesundheitliche Gefährdungspotential noch erhöhen. Alternative stofftrennende Adsorptions-, Membran- und Koagulationsverfahren zerstören nicht die Farbstoffe, sondern verlagern das Entsorgungsproblem nur in kostenaufwändige Nachfolgeprozesse. Im Gegensatz dazu werden bei Oxidationsverfahren die Farbstoffe mineralisiert und zu gefahrlosem CO2 und Wasser abgebaut. Oxidationsverfahren stellen somit eine aussichtsreiche Ergänzung und Kombination mit biologischen Verfahren dar. Da konventionelle oxidative Wasseraufbereitungsverfahren (AOP-Prozesse, Advanced Oxidation Processes) wie Chlorierung, Ozonisierung, UV-Bestrahlung in Kombination mit Wasserstoffperoxid teuer und energieintensiv sind, ist von großem Interesse, heterogene photokatalytische Verfahren zu entwickeln, die in der Lage sind, durch Licht (aus Kostengründen möglichst Sonnenlicht) und Luftsauerstoff organische Schadstoffe vollständig abzubauen.
Unter den verschiedenen oxidischen Photokatalysatoren ist Titandioxid (TiO2) aufgrund seiner geringen Kosten, niedrigen Toxizität und starken Oxidationswirkung favorisiert. Für die photokatalytische Wirkung des TiO2 ist nur die (in der Regel thermisch gebildete) kristalline Anatas-Modifikation geeignet. Die Herstellung von TiO2-Beschichtungen auf thermisch stabilen Trägern erfolgt i.a. durch Hydrolyse von Titanalkoxiden oder –halogeniden zu Nanosolen, wobei vorrangig amorphe TiO2-Partikel gebildet werden, die nach Beschichtung und Tempern > 400°C kristalline TiO2-Beschichtungen ergeben.
Da Temperungen über 400°C für gewöhnliche textile Träger aufgrund deren thermischer Zersetzung nicht möglich sind, mussten Synthesevarianten gefunden werden, die zu Beschichtungslösungen mit einem hohen kristallinen Anatas-Anteil führen, so dass moderate Temperungen unter 200°C ausreichend sind unter Beibehaltung einer hohen Photoaktivität.
Folgende Herausforderungen ergaben sich somit für das Projekt:
Durch Vorbeschichtung bzw. Zusatz von Epoxid-Silicon-Copolymere konnte die Haftung und Waschfestigkeit der TiO2-Schichten auf textilen Oberflächen erreicht werden. Die Empfindlichkeit des Photokatalysators im sichtbaren Spektralbereich konnte durch Dotierung mit Silber, Palladium bzw. Wolframverbindungen erhöht werden. Auf diese Weise konnte ein breites Spektrum an Licht zur photokatalytischen Aktivierung des TiO2 für den Farbstoffabbau genutzt werden.
ANSPRECHPARTNER:
Dr. Helfried Haufe
Fachsektion Dresden – „Funktionelle Schichten“
Tel.: 0351 / 2695 344
E-Mail: dresden@gmbu.de
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