Sauberes Wasser ist eines der wichtigsten Ressourcen dieser Erde für Mensch und Tier, wird aber immer mehr durch Chemikalien, wie z.B. Reinigungsmittel, Süßstoffe, Insektizide, Herbizide und Pharmaka, verunreinigt. Besonders die Verschmutzung von Wasser mit Arzneimitteln ist zuletzt in das öffentliche Bewusstsein geraten. Da die Medikamente häufig nach therapeutischer Anwendung im Ausgangszustand vorliegen, gelangen sie über die Toilette ins Abwasser. Diese Doktorarbeit entwickelt Methoden um diese Pharmaka aus dem Abwasser rückstandslos entfernen zu können.
Hierbei kommt es zum Einsatz von Titandioxid (TiO2) als Photokatalysator. Dieser ermöglicht es Pharmazeutika aus dem Wasser im Idealfall zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abzubauen. Der Photokatalysator TiO2 wurde in Form von Nanopartikeln und Nanoröhren/Nanonadeln eingesetzt, um die Oberfläche und damit die Photoaktivität zu erhöhen. Die Aufbringung des nanostrukturierten TiO2 auf eine Mikrofiltrationsmembran ermöglicht den schnellen Abbau von Arzneimitteln in einem kontinuierlichen Prozess. Die Arzneimittelmoleküle werden somit aktiv zur TiO2 Oberfläche transportiert.
Im ersten Teil der Arbeit wurden TiO2 Nanoröhren auf eine Polyethersulfon Membran aufgebracht. Durch eine Umkristallisation zu Anatas in Wasser bei niedrigen Temperaturen (90 °C – 110 °C) wurde die Struktur der Nanoröhren zu einer nanoröhrenartigen und nanonadelartigen Morphologie verändert. Die kristallinen Titandioxid Nanoröhren Membran zeigten eine hohe photokatalytische Aktivität im Abbau von Methylenblau und Diclofenac im statischen Betrieb. Glatte TiO2 Filme auf der Membran oder TiO2 Nanoröhren aufgebracht auf einer glatten Titanfolie zeigten auf Grund ihrer geringen Katalysatoroberfläche eine niedrige photokatalytische Aktivität. Diclofenac wurde auch in einem kontinuierlichen Prozess abgebaut. Die Toxizität von Diclofenac in Wasser nahm durch den photokatalytischen Abbau mittels TiO2 Nanoröhrenmembran ab.
Im zweiten Teil der Arbeit wurden TiO2 Nanopartikel auf drei unterschiedlichen Mikrofiltrationsmembranen (hydrophile Polyethersulfon PES und Polyvinylidenfluorid PVDF Membran, hydrophobe PVDF Membran) aufgebracht. Hierzu wurde TiO2 direkt auf der Oberfläche der Membran mittels Hydrolyse von Titantetraisopropoxid (TTIP) synthetisiert. Dadurch konnte eine Agglomeration der Partikel verhindert werden. Die Membranperformance bei Permeation mit einer Protein-Lösung konnte durch das Aufbringen der TiO2 Nanopartikel auf die PVDF Membranen verbessert werden. Die hydrophilen PES- und PVDF Membranen zeigten eine hohe photokatalytische Aktivität und bauten Methylenblau, sowie Diclofenac und Ibuprofen ab.