„HelioClean"
„HelioClean"
Die Universität Kassel bearbeitet im Rahmen des vom BMBF geförderten Projektes HelioClean zwei Teilprojekte im Fachgebiet Werkstoffe des Bauwesens und Bauchemie und ein Teilprojekt im Fachgebiet Chemie mesoskopischer Systeme.
Erstes Ziel ist die Entwicklung und Anpassung bestehender Nachweismethoden, um die Wirksamkeit und Effizienz photokatalytisch modifizierter Baustoffe messen zu können. Als Ausgangspunkt dienen hierbei sowohl nationale als auch internationale Normen, die den oxidativen Abbau von Farbstoffen, Stickoxiden etc. auf keramischen Materialien verfolgen.
Zur Entwicklung und Einschätzung der Aussagekraft solcher Verfahren trägt die Simulation unterschiedlicher Einflussfaktoren wie Temperatur, Luftfeuchte und UV Strahlungsintensität entscheidend bei. Genauso wichtig sind die Eigenschaften des Materials selber, welche sich deutlich von bereits etablierten Systemen wie photokatalytisch aktivem Fensterglas unterscheiden. Die Porosität spielt eine wichtige Rolle und erschwert verschiedene Messungen durch Sorptionsprozesse oder macht diese für manche Materialien gar unmöglich. Auch der pH-Wert zementbasierter Systeme darf nicht außer Acht gelassen werden. Zusätzlich muss zwischen verschiedenen Modellschadstoffen unterschieden werden, die sowohl, fest, flüssig als auch gasförmig vorliegen können. Hier ist die Entwicklung und Erweiterung der Prüfmethoden auf die besonderen Gegebenheiten von Baustoffen sowie die Messung an größeren und praxisnahen Proben gefragt. Erst die Möglichkeit, verschiedene Materialien sinnvoll miteinander vergleichen und beurteilen zu können schafft die Voraussetzung zur Verbesserung bestehender Stoffe.
Die Entwicklung effizienterer Photokatalysatoren stellt das zweite Teilprojekt der Arbeitsgruppe Werkstoffe des Bauwesens und Bauchemie dar. Zur Steigerung der Effizienz wird der benötigte Anteil photokatalytisch aktiven Titandioxids verringert. Dazu werden Kompositmaterialien aus einem inerten Kern und einer dünnen umhüllenden Schale des aktiven Materials synthetisiert, mit dem Ziel, eine hohe spezifische Oberfläche des Photokatalysators zu erhalten und gleichzeitig Material zu sparen. Diese Materialien werden als Core-Shell-Partikel bezeichnet. Ziel ist es Core-Shell-Materialien aus möglichst kostengünstigen Ausgangsstoffen herzustellen, um deren breite Anwendung in Baustoffen zu ermöglichen und die Durchsetzbarkeit gegenüber herkömmlichen Systemen zu erhöhen, da hier neben der Selbstreinigung und dem Abbau von Schadstoffen auch der Preis entscheidet.
Ziel des Teilprojekts im Fachgebiet „Chemie mesoskopischer Systeme“ ist die Synthese von Hybridpartikeln aus nanopartikulärem TiO2 (np-TiO2) und peripher funktionalisierten Porphyrazinen. Die Hybridpartikel sollen hinsichtlich ihrer wellenlängenabhängigen photokatalytischen Eigenschaften untersucht werden, die einem oxidativen Schadstoffabbau dienen können. Während np-TiO2 nach Anregung mit energiereichem UV (Wellenlänge 200 – 300 nm) an der Luft reaktive Superoxid- und Hydroxyl-Radikale generiert, erzeugen Porphyrazine nach langwelliger Anregung (Wellenlänge 600 – 900 nm) reaktiven Singulett-Sauerstoff.
Im Rahmen dieses Projekts sollen synergistische photokatalytische Eigenschaften von innovativen Hybridpartikeln herbeigeführt und nachgewiesen werden, um so die Effizienz photooxidativer Prozesse über das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichts zu steigern.
In der ersten Phase dieses Teilprojekts sollen in mehrstufigen Syntheseverfahren zunächst geeignet funktionalisierte Porphyrazine mit polaren Bindungsstellen für np-TiO2 hergestellt werden. Daran schließt sich die "Dotierung" von np-TiO2 mit Porphyrazinen und die Charakterisierung der so hergestellten Nanopartikel an. In der letzten Phase werden die photokatalytischen Eigenschaften der Hybridpartikel untersucht. Dazu stehen mehrere Farbstoffassays, ein NIR-Messplatz zur Messung des Singulett-Sauerstoff sowie der mit GC-MS-Kopplung detektierbare Methylstearat-Abbau zur Verfügung.