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Nano-TiO2 powder is known to show high photocatalytic reactivity in the degradation of several organic pollutants.
In thiswork, the powderwas fixed on the surface of SiO2 granuleswith the size of several micrometers using a high shear granulation process. Nanozirconia sol was applied as an inorganic binder. When the samples were tempered at 300 °C, they showed high stability in an aqueous solution for several hours. An energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) analysis confirmed that the cores and shells of the granules consisted solely of SiO2 and TiO2 respectively, and that ZrO2 was found throughout the whole granules. Methylene blue (MB) was employed as amodel systemto evaluate the photocatalytic activity of the TiO2 nanopowder and coated granules.
Itwas shown that the TiO2-coated granules lead to the degradation ofMB under UV irradiation,whereas no effect was observed in the dark. After the Degradation experiments the granules could be recovered and they remained active for further applications.
Aufgrund der demographischen Entwicklung und dem damit verbundenen gesteigertem Bedarf an Medikamenten besteht in Deutschland das Problem des Eintrags von Rückständen und Transformationsprodukten über das Abwasser in die Umwelt. In herkömmlichen Reinigungsverfahren werden Medikamentenrückstände häufig unvollständig entfernt oder in andere teilweise toxischere Verbindungen umgewandelt (z. B. durch Ozonierung). Eine perspektivisch aussichtsreiche Möglichkeit zur Beseitigung dieser Schadstoffe ist die Oxidation zu Wasser und Kohlendioxid durch Bestrahlung des vorgeklärten Abwassers mit UV-Licht in Gegenwart von Photokatalysatoren wie z. B. TiO2.
Für vergleichende Untersuchungen der photokalalytischen Aktivität von TiO2-Submikro- und Nanopulvern im Labormaßstab wurde Methylenblau als Modellsubstanz gewählt. Kommerziell erhältliche TiO2-Pulver wurden Testlösungen zugesetzt und der zeitlich fortschreitende Abbau von Methylenblau unter Bestrahlung mit UV-Licht in beobachtet. Für die technische Nutzung der photokatalytischen Abwaserreinigung ist die Immobilisierung der eingesetzten Pulver mit der Möglichkeit der Rückgewinnung erforderlich, sowohl aus Umweltschutzgründen als auch für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
Aufbaugranulation wurde als ein prinzipiell auch großtechnisch realisierbares Verfahren der Immobilisierung gewählt. In einem Intensivmischer wurden Granulate auf der Basis von Submikrometer-SiO2 unter Verwendung eines anorganischen Binders hergestellt. Das photokatalytisch aktive TiO2 wurde in Anteilen von 10-25 Ma.-% entweder dem Ausgangspulver zugemischt oder am Ende des Granulierprozesses als Granulat-Coating aufgebracht. Eine Temperung der Granalien bei Temperaturen von maximal 300°C – 500°C erwies sich als ausreichend, um deren Stabilität beim Einsatz in Methylenblau-Lösung im Batch-Verfahren zu gewährleisten.
Tests zum Einsatz der SiO2-TiO2-Granulate als Photokatalysatoren zum Abbau von Methylenblau-Lösungen unter UV-Bestrahlung verliefen erfolgreich. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Granalien nach erfolgtem Farbstoffstoff-Abbau aus den Lösungen rückgewinnen und erneut verwenden ließen. Die recycelten Granulate wiesen eine ähnliche photokatalytische Aktivität wie frisch hergestellte auf.