WieTitandioxid dazu beiträgt, die Reinheit und Sicherheit von Trinkwasser zu verbessern.

Die globalen Herausforderungen im Bereich der Wasseraufbereitung sind noch lange nicht gemeistert. So haben nach wie vor Milliarden Menschen keinen Zugang zu Trinkwasser bzw. keine Vorrichtungen, um Wasser genussfähig zu machen.

Die Wissenschaft sucht derweil aktiv nach Lösungen, und dabei spielt TiO2 eine wichtige Rolle. TiO2

Zudem kann Titandioxid langfristig entscheidend dazu beitragen, die durch den Menschen verursachte Verschmutzung von Wasserwegen zu bekämpfen und in der Dritten Welt lebensrettenden Zugang zu sicherem Trinkwasser zu ermöglichen.

Die Effizienz von Aufbereitungsanlagen steigern

TiO2 die Effizienz von Aufbereitungsanlagen steigern kann, unterstützt es so indirekt auch deren Betreiber; denn wenn diese über effizientere Materialien verfügen, können sie sich stärker auf die wirklich wichtigen Aufgaben konzentrieren.

Ein Beispiel dafür sind Außenleitungen aus Polyvinylchlorid (PVC). Man geht davon aus, dass PVC-Leitungen eine Lebensdauer von bis zu 100 Jahren haben – vorausgesetzt, sie werden korrekt gewartet.

Zwar werden PVC-Leitungen oft unterirdisch verlegt, sie kommen aber auch immer wieder in Situationen zum Einsatz, in denen sie starker UV-Strahlung ausgesetzt sind. Das betrifft vornehmlich industrielle Anwendungen, wie die Nutzung in Wasseraufbereitungsanlagen.

Wird PVC ohne schützende Abschirmung dem Sonnenlicht ausgesetzt, löst die UV-Strahlung eine Reihe komplexer Reaktionen aus, die das Polymer zersetzen.

Mehrfarbige Rohrleitungen

Dekorative Anordnung mehrfarbiger PVC-Wasserleitungen

Diesem Effekt kann TiO2 entgegenwirken, da es den Großteil der UV-Strahlung streut oder absorbiert und so die PVC-Moleküle schützt. Dazu der australische Branchenverband „Plastics Industry Pipe Association“ (PIPA): „Studien haben bestätigt, dass Titandioxid PVC-Leitungen ausgezeichnet vor UV-Strahlung schützt.“

Aufgrund dieser wichtigen Eigenschaft wurde in den australischen Standards für PVC-Leitungen bereits in den 1980er Jahren eine bestimmte TiO2 Konzentration als Standard definiert.

In einer Wasseraufbereitungsanlage kann TiO2

TiO2 häufig genutzt, um die Reinigung von Glas und Beton zu vereinfachen. Da TiO2 ein Photokatalysator ist, können bestimmte Qualitäten des Materials mit der Sonneneinstrahlung interagieren und organische Substanzen auf Oberflächen wie Fenstern und Betonwänden sowie in deren Nähe zersetzen. So ließen sich die Reinigungs- und Instandhaltungskosten in Wasseraufbereitungsanlagen reduzieren.

Eine wichtige Rolle in der Forschung und Entwicklung (F&E)

Der Nutzen von Titandioxid in der Wasseraufbereitung geht weit über die Einrichtungen hinaus. So nutzen Wissenschaftler zunehmend die Eigenschaften des Materials, um Lösungen für die Wasseraufbereitung selbst zu finden.

„TiO2 wird seit Jahrzehnten im F&E-Bereich genutzt, und zwar für die Vernichtung und Unschädlichmachung organischer Moleküle ebenso wie für die Energieproduktion,“ so Kieran Nolan, Leiter der chemischen Fakultät der Dublin City University (DCU) und Experte für die Erforschung der Nutzung von Titandioxid in der Wasseraufbereitung.

„Die Wasseraufbereitung erfolgt in der Regel in drei Schritten – der primären, sekundären und tertiären Aufbereitung,“ so Nolan weiter. „TiO2 kommt in der dritten Phase zum Einsatz, und man geht davon aus, dass es hier andere Verfahren, wie z. B. das Chloren von Wasser, ersetzen könnte.“

Zudem ist die Nutzung von Titandioxid eine anerkannte Lösung für den Oxidationsprozess, in dem das Wasser gewissermaßen seinen „letzten Schliff“ erhält. Dabei werden unerwünschte Moleküle entfernt, die in den ersten zwei Aufbereitungsschritten nicht beseitigt werden konnten.

TiO2 ist zudem immer wieder Gegenstand bahnbrechender Studien. So befasste sich unlängst ein Forschungsprojekt mit der Möglichkeit, in der dritten Phase der Wasseraufbereitung die Aktivkohle der hier genutzten Graphenschichten durch Titandioxid zu ersetzen.

Ein weiteres Forschungsgebiet von Dr. Nolans Team an der DCU ist die Bekämpfung von Arzneimittelrückständen in Wasser und Umwelt.

Der Nachweis von Pharmazeutika, Lösungsmitteln und Rohmaterialien in Wasserwegen bereitet der Öffentlichkeit in den letzten Jahren zunehmend Sorge. Auch die Einleitung von Abwässern der Pharmaindustrie selbst spielt dabei eine Rolle.

So konnten zahlreiche Studien in den USA, Kanada und Europa Spuren von Medikamenten in Trinkwasser nachweisen. Verschiedene Forschungsprojekte suchen mittlerweile nach Lösungen, um diese Substanzen besser nachweisen und ausleiten zu können.

Unter den Vorschlägen der Wissenschaftler findet sich auch die Idee, die im Wasser gebundenen Pharmazeutika mithilfe von photokatalytischem TiO2 zu zersetzen, da diese Methode preiswert, ungiftig und sicher ist.

TiO2 ist zudem immer wieder Gegenstand bahnbrechender Studien. So befasste sich unlängst ein Forschungsprojekt mit der Möglichkeit, in der dritten Phase der Wasseraufbereitung die Aktivkohle der hier genutzten Graphenschichten durch Titandioxid zu ersetzen.

Als Graphen bezeichnet man ein erstmals 2004 isoliertes, zweidimensionales Kristallgitter aus Kohlenstoffatomen mit einer Stärke von nur einem Atom.

Entweder TiO2 wird auf die Oberfläche der Graphenschicht aufgebracht oder es wird gemeinsam mit Aktivkohle genutzt. In beiden Fällen lassen sich so zahlreiche Moleküle abbauen oder entfernen, die auch nach den ersten beiden Aufbereitungsphasen im Wasser verblieben sind.

„Diese Forschungsarbeit ist ihrer Zeit momentan noch um einiges voraus,“ erläutert Dr. Nolan.

„Wir haben den Nachweis, dass es funktioniert, aber es ist in der Umsetzung sehr teuer.“ Obwohl sich dieses Projekt noch weitestgehend in der F&E-Phase befindet, ist es doch ein perfektes Beispiel dafür, dass Wissenschaftler auf die schwierigen Fragen in diesem Umfeld mithilfe von TiO2 Antworten finden.

Ein Katalysator für Veränderung

Titandioxid wurde von der Royal Society of Chemistry (RSC) als „die Zukunft der Wasseraufbereitung“ bezeichnet.

Dabei spielt auch die Fähigkeit des Materials eine Rolle, bereits etablierte Prozesse wie die solare Wasserdesinfektion (SODIS) sicher und kostengünstig zu verbessern.

Hinter dem Akronym SODIS verbirgt sich eine simple und nicht sonderlich neue Idee, die aber mittlerweile in der Dritten Welt dazu beiträgt, die Lebensqualität zu verbessern: Dabei wird Wasser in eine zuvor mit Seife gereinigte, transparente PET-Flasche gefüllt, die dann mindestens sechs Stunden lang in der prallen Sonne liegen muss. Da die UV-A-Strahlung im Wasser vorhandene Mikroorganismen abtötet, kann es anschließend als Trinkwasser genutzt werden.

In einem Report schreibt die RSC, dass SODIS „ein guter Ausgangspunkt für eine neue Art der Wasseraufbereitung sei, aber dennoch Verbesserungen nötig seien.“ Eines der Hauptprobleme sieht man darin, dass der Prozess „recht langsam“ sei.

Eine Lösung dafür wäre es, die Innenseite transparenter Glas- oder Plastikflaschen mit einer hauchdünnen Schicht von TiO2 Partikeln zu überziehen, um die Wirkung der UV-Strahlung zu verstärken. Mithilfe dieser einfachen Lösung könnte TiO2 dazu beitragen, mehr Menschen Zugang zu sauberem Trinkwasser zu verschaffen und damit Leben retten.

Weitere Informationen über die Rolle von TiO2 bei der solaren Trinkwasseraufbereitung finden Sie auf dieser Seite.

Dass TiO2 für die Wasseraufbereitungsbranche direkt und indirekt eine entscheidende Rolle spielt, ist klar. Und wie die aktuellen Arbeiten zahlreicher Wissenschaftler belegen, ist das Potenzial von Titandioxid in diesem Bereich noch lange nicht ausgeschöpft.