Biotemplaat silica titania diatomeeën voor gasfase fotokatalyse.

Luchtverontreiniging is een groeiend maatschappelijk en economisch probleem in dichtbevolkte regio's zoals Vlaanderen. Een veelbelovende luchtzuiveringstechnologie is fotokatalyse dat onder invloed van UV-licht schadelijke stoffen omzet tot onschadelijke componenten zoals CO2 en H2O. Fotokatalysatoren, vaak op basis van titaandioxide, vertonen verschillende nadelen: (1) milieuvervuilend productieproces, (2) ontoereikende immobilisatie met het risico dat er nanopartikels (30 - 100 nm) vrijkomen, (3) onvoldoende activiteit.Immobilisatie van TiO2 door metabolische incorporatie in de biosilicastructuur van diatomeeën kan hiervoor een oplossing bieden. In dit proces wordt titaandioxide geïncorporeerd in het silicaskelet van diatomeeën tijdens de celdeling. Diatomeeën zijn unicellulaire microalgen (2-2000 µm) die een hiërarchisch gestructureerd silicaskelet vormen, frustule genoemd. Deze frustules worden gevormd door gehydrateerd silica met specifieke 3D morfologie, micro-, meso- of macroporositeit en hebben typisch een groot specifiek oppervlak (10 – 250 m2/g) . In dit project worden twee soorten diatomeeën, de zoutwateralg Pinnularia sp. en de acidofiele zoetwateralg Eunotia sp. gebruikt. Deze studie levert duurzame, goed geïmmobiliseerde en sterk poreuze biosilica-titania materialen met veelbelovende eigenschappen voor fotokatalytische luchtzuivering.De nodige expertise over het kweken van deze algen is aanwezig binnen de onderzoeksgroep Ecophysiology, Biochemistry and Toxicology (EBT) van het departement Biologie. Het verhogen van het TiO2-gehalte is belangrijk om deze nieuwe biologische productiemethode te gebruiken voor de aanmaak van fotokatalytische materialen. Er zullen twee nieuwe strategieën worden toegepast om het titaangehalte in de geproduceerde biosilicastructuren (frustules) te verhogen. Enerzijds wordt er gebruik gemaakt van acidofiele diatomeeën, anderzijds zullen titanium complexen bestudeerd worden. De resulterende mesoporeuze biosilica-titania skeletten worden geanalyseerd voor hun titaandioxide-gehalte (ICP-MS) en de locatie van de titaandioxide afzetting (STEM-EDS). Na thermische annealing bij hoge temperaturen (400–900°C) gebeurt dan de verdere materiaalkarakterisatie (XRD, porositeit en specifiek oppervlakte BET-analyse) van de materialen met een hoog titaandioxide-gehalte. Deze biotemplaat structuren worden getest op hun fotokatalytische afbraak performantie ten opzichte van verschillende luchtpolluenten (NOx, etheen, aceetaldehyde) in de gasfase. Expertise met betrekking tot de studie van real time in-situ metingen van de fotokatalysator in werking in realistische omstandigheden is aanwezig binnen de onderzoeksgroep DuEL (Duurzame Energie en Luchtzuivering) van het departement Bio-ingenieurswetenschappen. Dit onderzoeksproject resulteert in een geoptimaliseerd biotemplaat productieproces van mesoporeus silica-titania fotokatalysatoren als basis voor een efficiënt, duurzaam, economisch en ecologisch verantwoord luchtzuiveringsproces.

Trefwoorden:LUCHTKWALITEIT, KATALYSE, LUCHTVERVUILING

Disciplines:Analytische chemie, Macromoleculaire en materiaalchemie, Duurzaamheids- en milieutechniek