Mikroskopische Labyrinthe zur selektiven Wasserreinigung
Wissenschaftler riefen das EU-finanzierte Projekt "Monolithic reactors structured at the nano and micro levels for catalytic water purification" (MONACAT) ins Leben, um hochmoderne katalytische Wasserreinigungssysteme zu entwickeln. Sie wollten die Baukonstruktionen von makroskopischen Reaktoren und Nano-Katalysatoren steuern. Ihr Ziel war eine verbesserte Reinigungsleistung durch optimierte Diffusionswege und Kontakt mit Katalysatorzentren. Um dieses Ziel zu erreichen, nutzten sie Monolithreaktoren mit wabenförmigen Kanälen. Diese wurden mit katalysierenden Nanopartikeln (NP) auf Grundlage von Kohlenstoff-Nanofasern beschichtet. Man entwickelte und testete eine Reihe an Katalysatoren auf deren Ozonierung von fünf Mikroschadstoffen, genauer gesagt einem Antibiotika-, einem Pharma-, zwei Pestizid- und einem endokrinen Modulator. Diese Schadstoffe sind oft in Flüssen und industriellen Abwässern zu finden. Durch die katalytische Ozonierung konnten nicht nur die eigentlichen Schadstoffe entfernt werden, weniger schädliche Nebenprodukte des Ozonierungsprozesses wurden ebenfalls beseitigt. So wurden aus Bromaten zum Beispiel harmlose Bromide. Teilnehmer des Projekts entwickelten und testen auch Katalysatoren für die Reduktion von Nitraten. Die Reduktion von Nitraten (die sich oft in Düngern finden) zu Stickstoff (N2) wird dadurch erschwert, dass man dabei die Bildung von Ammoniak (NH3; ein weiterer Schadstoff) vermeiden muss. Einer der nitratreduzierenden MONACAT-Katalysatoren wies eine rekordbrechende katalytische Aktivität und N2-Selektivität in einem offenen Dauerflussreaktor mit Rohwasser auf. Unter simulierten natürlichen Strömungsbedingungen testete man Kohlenstoff-Nanobeschichtungen für industrielle Anwendungen auf deren Energiekosten und NP-Haftung. Die Tests verliefen allesamt erfolgreich und sprechen für die Tauglichkeit und Sicherheit dieser Komposite bei der katalytischen Wasseraufbereitung. Die MONACAT-Systeme nutzen eine neue Wasserreiningungstechnik, die den Industrien praktikable Möglichkeiten liefert, die gewährleisten, dass globale Umweltschutzrichtlinien angewandt und Kosten niedrig gehalten werden. Investiert man in die Optimierung und Vermarktung der MONACAT-Systeme, könnte man letztendlich massive Kosten- und Energieeinsparungen verzeichnen.
