Wasser effizient säubern im Mikro-Solar-Reaktor

Kombination aus Sonnenlicht-Katalyse und Mikrokanälen optimiert das Säubern verschmutzten Wassers um zwei Größenordnungen

Mikrokanal-Solarkatalysator
Mikrokanal-Solarkatalysator

Hongkong (China) - Bleibt Schmutzwasser mit Titandioxid in der Sonne stehen, dem weißen Bestandteil vieler Sonnencremes und Waschmittel, so setzt das Oxid Elektronen frei, die die Verschmutzungen in harmlose Substanzen aufbrechen und so das Wasser langsam säubern. Wesentlich schneller geht es mit einer Entwicklung Hongkonger Forscher, die das Wasser durch winzige Kanäle zwischen zwei Glasplatten schicken. Auch dort wartet Titandioxid darauf, seine Elektronen freizusetzen, und weil durch die Mikrokanäle eine sehr große Oxidoberfläche zur Verfügung steht, können die Schmutzpartikel hundert Mal effizienter zerstört werden - allein durch Sonnenkraft. Diese Kombination aus Photokatalyse und Mikrofluidik, das recht neue Feld der Optofluidik, spare hohe Energiekosten bei der Wasseraufreinigung, schreiben die Forscher im Fachblatt "Biomicrofluidics" des American Institute of Physics. Sie wollen nun ihre Schokoriegelgroße Vorrichtung auf bis zu zwei Quadratmeter vergrößern und bis zu 1000 Liter pro Stunde hindurch schicken. Falls sich auch der vergrößerte Reinigungsreaktor als effizient erweist, könnten Gruppen davon in der industriellen Abwasserreinigung zum Einsatz kommen.

"Die beiden Technologien sind parallel entwickelt worden, doch gab es wenige Versuche, die natürliche Synergie zwischen ihnen zu nutzen", erklärt Xu Ming Zhang von der Hong Kong Polytechnic University, "doch unsere Ergebnisse zeigten eine dramatische Verbesserung der Effizienz der Photokatalysatoren." Das Team um Zhang und Helen Chan hatte aus zwei Titandioxid-beschichteten Glasplatten einen planaren Mikroreaktor konstruiert. Versiegelt durch den Polymerklebstoff "NOA81", maß die Reaktionsammer nur 5 mal 1,8 Zentimeter, bei einer Höhe von nur 0,1 Millimetern. Die Mikrokanäle selbst, die sich in dieser Kammer wie Äste verzweigten, waren nur 50 Mikrometer hoch. Da sie für ein sehr hohes Verhältnis von Oberfläche zu Wasservolumen sorgen, erreichte dieser Optofluidik-Reaktor eine hundertfach bessere Aufreinigung in gleicher Zeit als die selbe Menge Wasser mit unstrukturiertem Titandioxid.

"Optofluidik könnten den Schlüssel zu größerem Erfolg bei der photokatalytischen Wasseraufreinigung liefern", schreiben die Forscher, die die Größe der Reaktorfläche auf rund zwei Quadratmeter steigern wollen. Wenn auch diese Version gut funktioniert, wollen sie die Lichtempfindlichkeit des Titandioxids steigern und die Menge des im System vorhandenen Sauerstoffs erhöhen. Die Zukunft liege bei optofluidischen Reaktoren, schreibt das Team: "Sie erben die Vorteil der Mikrofluidik, wie das große Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis, die leichte Fließkontrolle sowie schnelle Herstellung, und sie bieten eine viel versprechende Aussicht auf photokatalytische Wasseraufbereitung von großen Volumen."