Photokatalytische Selbstreinigung

Der Begriff der photokatalytischen Selbstreinigung beinhaltet zwei unterschiedliche Mechanismen, die synergetisch einen reinigungsunterstützenden Effekt ermöglichen. Die direkte Oxidation der adsorbierten Verschmutzungen führt zu einem Schmutzabbau, der durch den Effekt der Superhydrophilie auf den katalytisch aktiven Oberflächen im Kontakt mit Wasser erhöht wird. Hierbei wird durch die Bestrahlung der Oberfläche mit UV-Licht ein geringer Wasserkontaktwinkel erreicht. Es bildet sich ein dünner Wasserfilm, der die Verunreinigung leichter abträgt (Easy-to-Clean-Effekt).

Selbstreinigende Oberflächen finden heute vermehrt Anwendung für Glasscheiben, Spiegel, Dachziegel, Photovoltaikmodule und zahlreiche andere Produkte, wobei das Fraunhofer IST ein breites Portfolio an geeigneten Messtechniken zur Qualifizierung dieser Produkte anbietet.

Bestimmung der photokatalytischen Aktivität durch Abbau von Methylenblau gemäß DIN 52980/ISO 10678

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UV-Beleuchtung im Methylen-Blau-Messstand.

Zur Charakterisierung photokatalytisch aktiver Oberflächen hinsichtlich ihrer Aktivität zum Abbau organischer Moleküle wird eine Probe mit Methylenblau in wässriger Lösung in Kontakt gebracht und mit UV-Licht bestrahlt. Die Abnahme des Farbstoffgehalts der Lösung wird kontinuierlich während der Messung mittels UV/Vis-Spektroskopie ermittelt, sodass im Rückschluss eine Aussage über die photokatalytische Aktivität getroffen werden kann.

Bestimmung des Selbstreinigungsverhaltens von beschichteten Glasoberflächen - Dirt Test gemäß DIN EN 1096-5

Aufsprühen des Modellschmutzes im Dirt-Test.
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Aufsprühen des Modellschmutzes im Dirt-Test.

Im Dirt-Testverfahren wird die selbstreinigende Wirkung beschichteter Glasoberflächen bei künstlicher Bewitterung ermittelt. Dafür wird Modellschmutz auf die Probe mithilfe einer Sprühdüse aufgebracht. Anschließend erfolgen abwechselnd eine UV-Bestrahlung und eine Besprühung mit Wasser zur Simulation von Sonne und Regen. Der Abbau der Schmutzlösung wird während des gesamten Versuches durch ein Haze-Meter bestimmt und gilt als Maß für die Reinigungswirkung der Oberflächen.

Bestimmung der photokatalytischen Aktivität durch Messung des Kontaktwinkels nach ISO 27448

Veränderung des Kontaktwinkels bei UV-Bestrahlung und Dunkellagerung.
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Veränderung des Kontaktwinkels bei UV-Bestrahlung und Dunkellagerung.

Bei diesem Verfahren wird ein Fettsäurefilm auf die Probe aufgebracht und unter UV-Licht abgebaut. Hierdurch ändert sich das Benetzungsverhalten der Oberfläche. Während des Abbaus wird der Wasserkontaktwinkel als einer der Indices, der die selbstreinigende Aktivität beeinflusst, gemessen.

Bestimmung der photokatalytischen Mineralisierungsleistung durch Abbau von Fettsäure

Überprüfung des Streuvermögens mittels Haze-Meter.
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Überprüfung des Streuvermögens mittels Haze-Meter.

Bei diesem Prüfverfahren wird eine Fettsäure auf die photokatalytisch aktive Probe aufgebracht, so dass ein dünner trüber Film entsteht. Durch UV(A)-Bestrahlung wird die Fettsäure zersetzt und vollständig zu H2O und CO2 mineralisiert. Die photokatalytische Mineralisierungsleitung der Probe kann anschließend mittels Streulichtmessung oder direkt über das bei der Abbaureaktion entstandene CO2 ermittelt werden.

Bestimmung der photokatalytischen Wirksamkeit mittels Lumineszenzabbau

Organische Lumineszenzfarbstoffe zur Bestimmung der photokatalytischen Wirksamkeit von Oberflächen.
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Organische Lumineszenzfarbstoffe zur Bestimmung der photokatalytischen Wirksamkeit von Oberflächen.

Eine verlässliche und schnelle Methode zur Beurteilung der photokatalytischen Aktivität von Oberflächen und Pulvern stellt der Lumineszenzabbau maßgeschneiderter organischer Farbstoffe dar. Die bei der photokatalytischen Oxidation gebildeten Radikale zerstören das Emissionszentrum des applizierten Lumineszenzfarbstoffes und führen zum Abbau der Lumineszenzintensität. Diese Degradation wird als Maßstab für die photokatalytische Aktivität verwendet. Das Lumineszenzabbauverfahren gestattet so eine schnelle quantitative Bewertung photokatalytischer Materialien sowohl bei UV- als auch bei sichtbarer Bestrahlung.