Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Selbstregenerierende photokatalytische Lichtwellenleiter zur effizienten Prozesswasseraufbereitung in textilen Dienstleistungsbetrieben

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist es, unter Einsatz selbstregenerierender photokatalytischer Lichtwellenleiter ein wirtschaftliches Verfahren zur Aufbereitung schwach belasteter Prozesswässer zu realisieren, das deren Einsatz in der Spülphase ermöglicht. Derartige photokatalytische Lichtwellenleiter bestehen aus einem photokatalytischen Material, immobilisiert auf dem Lichtaustrittsbereich eines Lichtwellenleiters. Wird Licht geeigneter Wellenlänge durch den Lichtwellenleiter geleitet, so erfolgt die Anregung des photokatalytischen Materials an der Kontaktfläche zum Lichtwellenleiter unter Ausbildung von Ladungsträgern. Diese wandern bis zur Kontaktfläche zum aufzubereitenden Prozesswasser und bilden dort durch Redoxreaktionen reaktive Sauerstoffspezies, die organische Substanzen abbauen und Mikroorganismen inaktivieren.

Unter Einsatz photokatalytischer Lichtwellenleiter lässt sich auch unter Anwendung toxikologisch unbedenklicher photokatalytischer Materialien ein effizienter Abbau von Flotteninhaltsstoffen sicherstellen: Aufgrund der Anregung des photokatalytischen Materials von der dem aufzubereitenden Wasser abgewandten Seite kommt es nicht zur Abschwächung des Anregungslichts durch adsorbierte Flotteninhaltsstoffe. Daher werden mit der Katalysatoroberfläche in Kontakt kommende Flotteninhaltsstoffe sofort abgebaut und deren Akkumulation verhindert (Selbstregeneration). Durch Optimierung der durch den Lichtwellenleiter in das photokatalytische Material eingebrachten Lichtenergie wird eine hohe Quantenausbeute bei der Prozesswasseraufbereitung erzielt und so der notwendige Energiebedarf minimiert.

Durch Einsatz mittels photokatalytischer Lichtwellenleiter aufbereiteter Prozesswässer in der Spülphase lässt sich der spezifische Frischwasserbedarf verringern (z. B. um 3 m3/t Textil), woraus sich für die ca. 2.300 textilen Dienstleister (vorwiegend KMU) wirtschaftliche Vorteile von über 6,6 Mio. €/a durch reduzierte Frisch- und Abwasserkosten ergeben.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein Verfahren zur Aufbereitung schwach belasteter Prozesswässer auf der Basis selbstregenerierender photokatalytischer Lichtwellenleiter entwickelt. Derartige photokatalytische Lichtwellenleiter bestehen aus einem photokatalytischen Material immobilisiert auf dem Lichtaustrittsbereich eines Lichtwellenleiters.

Wird Licht geeigneter Wellenlänge durch den Lichtwellenleiter geleitet, so erfolgt die Anregung des photokatalytischen Materials an der Kontaktfläche zum Lichtwellenleiter unter Ausbildung von Ladungsträgern. Die Ladungsträger wandern durch das photokatalytische Material, bis sie die Kontaktfläche zum Prozesswasser erreichen und durch Redoxreaktionen mit oberflächenadsorbierten chemischen Spezies (z.B. Wasser) reaktive Sauerstoffspezies bilden, die organische Substanzen abbauen und Mikroorganismen inaktivieren. Aufgrund der Anregung des photokatalytischen Materials von der dem aufzubereitenden Wasser abgewandten Seite kommt es nicht zur Abschwächung des Anregungslichts durch adsorbierte Flotteninhaltsstoffe. Daher werden mit der Katalysatoroberfläche in Kontakt kommende Flotteninhaltsstoffe abgebaut und deren Akkumulation verhindert (Selbstregeneration).