de.wedoany.com-Bericht: Forscher der University of Birmingham (www.birmingham.ac.uk) haben eine neuartige Methode zur Herstellung ultradünner Katalysatoren vorgestellt, die einen neuen Weg zum katalytischen Abbau persistenter Wasserschadstoffe eröffnet. Das Verfahren verwendet Schichtmaterialien als Vorläufer, dispergiert diese in nachhaltigen Lösungsmitteln (Wasser und Ethanol) und wendet eine hohe Dehnungsrate auf die flüssige und feste Phase der Dispersion an. Die mechanische Dehnung überwindet die Van-der-Waals-Anziehungskräfte, die die Materialien zusammenhalten, und trennt die Schichten in Mikrometer- und Nanometer-große Plättchen, die eine Dicke von wenigen Atom- oder Moleküllagen erreichen können. Neben der Herstellung ultradünner Materialien mit hoher Quanteneffizienz unterstützt das neue Verfahren auch die Kombination verschiedener Materialien, sodass das Team „einzigartige künstliche Materialien wie graphitisches Kohlenstoffnitrid und Molybdändisulfid experimentieren kann, zwei vielversprechende organische und anorganische Schichthalbleiter, die photokatalytische Aktivität im ultravioletten (UV) und sichtbaren Lichtspektrum unterstützen können", so Jason Stafford, außerordentlicher Professor für Maschinenbau an der University of Birmingham. Das Verfahren wird durch mechanische Kräfte und nicht durch Wärmeenergie angetrieben, hat im Vergleich zu einigen anderen Katalysatorherstellungsmethoden einen geringeren ökologischen Fußabdruck, und die Lösungsmittel und Vorläufer können im Prozess zurückgewonnen und wiederverwendet werden.
Der Fokus auf Photokatalyse führt zur Anwendung dieser neuen Materialien beim Abbau schädlicher Schadstoffe im Wasser. Solche Anwendungen nutzen typischerweise Photokatalysatoren für fortgeschrittene Oxidationsprozesse (Advanced Oxidation Processes, AOPs). Irwing Ramirez, Forscher an der University of Birmingham, merkt an: „Durch die Ermöglichung von Photokatalyse im UV- und sichtbaren Bereich können diese Katalysatormaterialien einen höheren Anteil des einfallenden Sonnenlichts nutzen als herkömmliche Photokatalysatoren wie Titandioxid und einige Nachteile anderer AOPs vermeiden. Dies könnte die Tür für die passive solare Abwasserbehandlung öffnen, die normalerweise intensives Licht erfordert. Darüber hinaus bieten zweidimensionale Nanostrukturmaterialien eine größere Oberfläche pro Gramm Material, was zur Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit und einer effizienteren Lichtnutzung beiträgt."
Im Labor hat das Team bereits hochskalierte neuartige photokatalytische Materialien hergestellt, die etwa 100 Gramm Katalysator entsprechen. Jacob Brown, ein Doktorand im Team von Stafford, ergänzt: „Obwohl die Menge insgesamt gering erscheint, kann sie für Abwasseranwendungen Hunderte oder sogar Tausende Liter Wasser behandeln. Diese Arbeit zeigt auch, dass die synthetisierten Nanomaterialien auf Substraten wie Glas getragen werden können, wodurch eine teure Katalysatorabtrennung nachgeschaltet vermieden und die Behandlung großer Abwassermengen ermöglicht wird. Dies ist besonders wichtig für die Ausweitung auf kontinuierliche Durchflusssysteme." Um den Katalysator selbst in einer Abwasserbehandlungsumgebung zu demonstrieren, hat das Team von einem kleinen halbkontinuierlichen Verfahren auf ein 5-Liter-Pilotanlagensystem hochskaliert, das im Freien mit UV-Licht oder Sonnenlicht beleuchtet werden kann.
