Materialanalytik und Innenluftchemie

Forschungsprojekt

Untersuchungen katalytisch ausgerüsteter Materialien für den Innenbereich

Einen Schwerpunkt im Fachbereich Materialanalytik und Innenluftchemie bildeten in 2006 Untersuchungen katalytisch ausgerüsteter Materialien für die Anwendung im Innenbereich. Solche Materialien treten seit einiger Zeit im Markt auf bzw. befinden sich in der Entwicklungsphase. Dabei handelt es sich meist um Beschichtungen für Wände (Tapeten, Farben, Putze), aber auch um andere Produkte wie Gardinen, Fußbodenbeläge oder Fußmatten. Die Produkte werden mit unterschiedlichen Katalysatoren ausgerüstet, mittels derer in der Raumluft befindliche Schadstoffe abgebaut werden sollen. Viele dieser Katalysatoren wirken photochemisch.

© Fraunhofer WKI

Verlauf der Formaldehydkonzentration in statischen Kammerversuchen mit photokatalytisch ausgerüsteten Produkten. Die leichte Abnahme der Konzentration in der leeren Kammer beruht auf dem Luftaustausch durch die Probenahme.

© Fraunhofer WKI

Abklingkurve der NOx-Konzentration in dynamischen Kammerversuchen mit photokatalytisch ausgerüsteten Produkten.

Photokatalytische Reaktionen sind bereits seit vielen Jahren bekannt und werden u.a. zur Reinigung von Abwässern verwendet. Titandioxid (TiO2) ist ein typischer Halbleiter mit einer Energielücke von ca. 3,2 eV zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband. Dies erlaubt eine Überführung in den elektronisch angeregten Zustands nach Einstrahlung eines Photons der Wellenlänge 387 nm. Durch Modifikation des TiO2 kann die Energielücke verringert und damit die Anregungsenergie in den sichtbaren Wellenlängenbereich verschoben werden. Durch das Elektron im Valenzband können Moleküle oxidiert werden, z.B. O2 zu einem .O2--Radikal, welche dann wiederum selbst starke Oxidationsmittel darstellen. Das durch die Überführung des Elektrons im Leitungsband entstandene Loch kann wiederum anderen Molekülen Elektronen entziehen (Reduktion). Z.B. entstehen durch einen solchen Prozess aus H2O ein .OH-Radikal und H+. Es werden somit eine Reihe äußerst reaktiver Moleküle gebildet, die weiter mit anderen organischen Stoffen reagieren können.

Im WKI werden dazu Versuche in Prüfkammern zur praxisnahen Simulation von Innenraumszenarien durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen für einige Stoffe gute Resultate, insbesondere bei NOx und Formaldehyd. Andererseits werden aber auch nur geringe oder im Extremfall keine Abbauraten gefunden. Teilweise werden die Stoffe zwar adsorbiert, aber später wieder abgegeben. Zudem können durch unvollständigen Abbau von Matrixbestandteilen unerwünschte Nebenprodukte entstehen.

 

Förderung:
Industrie