“Doppel-Katalysator” reinigt Abwasser und erzeugt Wasserstoff

Zwei Fliegen mit einer Klappe

Eine Verunreinigung beseitigen und gleichzeitig etwas Nützliches produzieren kann ein neuartiger Katalysator aus China. Aktuelle Strategien zur Wasserspaltung mit Katalysatoren und Licht erfordern bisher die Einführung von chemischen Zusätzen, um den Prozess zu beschleunigen. Jetzt haben Forscher der Sun Yat-sen-Universität in Kanton einen Katalysator (unter Verwendung von Co3O4-modifizierten {001}/{101}-TiO2-Nanoblättern) zur Wasserstoffproduktion entwickelt, der bereits im Abwasser vorhandene Medikamente und andere Verunreinigungen zerstört – wie sie einem Open-Access-Paper in ACS ES&T Engineering berichten.

Kläranlage am Flughafen Barcelona – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify

Die Wasserspaltung ist eine vielversprechende erneuerbare Ressource, aber ein langsamer Prozess, selbst wenn Katalysatoren zur Beschleunigung eingesetzt werden. In einigen Fällen werden Alkohole oder Zucker hinzugefügt, um die Geschwindigkeit der Wasserstoffproduktion zu erhöhen, aber diese Chemikalien werden bei der Wasserstoffproduktion zerstört- der Ansatz ist nicht erneuerbar. In einer anderen Strategie haben Forscher versucht, Verunreinigungen im Abwasser zu nutzen, um die Erzeugung von Wasserstoff zu verbessern. Während Katalysatoren auf Titanbasis sowohl für die Entfernung von Verunreinigungen als auch für die Erzeugung von Wasserstoff funktionierten, waren die Wirkungsgrade für beide Schritte aufgrund der sich überlappenden Reaktionsstellen geringer als erwartet.

Eine Möglichkeit, solche Interferenzen zu reduzieren, ist die Herstellung von Katalysatoren durch Verschmelzen verschiedener leitfähiger Metalle, um so getrennte Orte für die Reaktionen zu schaffen. Der korrespondierende Autor Chuanhao Li und seine Kollegen kombinierten Kobaltoxid und Titandioxid , um einen Katalysator mit Doppelfunktion zu schaffen, der gängige Medikamente im Abwasser abbaut und gleichzeitig Wasser effizient in Wasserstoff für Kraftstoff umwandelt.

Um den Katalysator herzustellen, beschichteten die Forscher nanoskalige Titandioxid-Kristalle mit einer dünnen Schicht Kobaltoxid. Erste Tests zeigten, dass dieses Material nicht viel Wasserstoff produzierte. In einem nächsten Schritt versetzte das Team diesen dualen Katalysator mit einem Gewichtsprozent Platin-Nanopartikeln – einem effizienten, aber teuren Katalysator zur Erzeugung von Wasserstoff. In Gegenwart von simuliertem Sonnenlicht baute der mit Platin imprägnierte Katalysator zwei Antibiotika ab und produzierte erhebliche Mengen an Wasserstoff.

Schließlich testete das Team sein Produkt an echtem Abwasser, Wasser aus einem Fluss in China und deionisierten Wasserproben. Unter simuliertem Sonnenlicht stimulierte der Katalysator die Wasserstoffproduktion in allen drei Proben. Die größte Menge an Wasserstoff wurde aus der Abwasserprobe gewonnen. Die Forscher sagen, dass ihr Katalysator eine nachhaltige Option für die Abwasserbehandlung sein könnte, indem er gleichzeitig Wasserstoff als Kraftstoff erzeugt.

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