Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den fotokatalytischen Abbau von VOC und/oder Stickoxiden in Kraftfahrzeugen.

Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für den fotokatalytischen Abbau von VOC und/oder Stickoxiden in Kraftfahrzeugen.

Stand der Technik

VOCs (volatile organic compounde)

VOC sind schädliche Chemikalien wie Formaldehyd, die auch„Wohngifte“ genannt werden. Im Deutschen werden sie als Flüchtige Organische Verbindungen bezeichnet. Sie sind in unter anderem enthalten in Polstern und Innenraumverkleidungen durch Gerb-, Färbe- und Klebemittel. In kleinen Räumen mit mehreren Quellen sind hohe Konzentrationen möglich. Wohngifte können allergieauslösend, krebserregend oder fruchtschädigend sein (z.B.: Isocyanate). Häufigste Symptome sind: Kopfschmerzen, Überempfindlichkeitsreaktionen, Müdigkeit,

Leistungsminderung, Schlafstörungen und Reizungen der Atemwege. Das Krankheitsbild ist bekannt als“building related illnesses“ und„sick building syndrome", aber es ist nicht verbindlich beschrieben. VOCs sind sehr reaktionsfreudig und können schon bei niedrigen Temperaturen in die Luft verdampfen und eingeatmet werden. Sie können sich in der Luft mit anderen Teilchen verbinden. Dadurch entstehen Feinstaubpartikel oder auch das Spurengas Ozon, wenn sich die VOCs mit Stickoxiden verbinden. Das Umweltbundesamt arbeitet in der BIM Arbeitsgruppe an einem Programm für Architekten, um die VOC Belastung von Innenräumen schon bei der Planung zu reglementieren.

Stickoxide

Eine der Hauptquellen für Stickoxide in der Atmosphäre sind Abgase, die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, wie beispielsweise Kohle oder Öl, entstehen. In Europa wurden im Jahr 2000 mehr als 50 %, in einigen Städten, wie London, bis zu 75 % der NO _x -Emissionen durch den

Verkehr verursacht. NO _x -Konzentrationen direkt am Auspuff von Fahrzeugen bewegen sich zwischen 1000 mg/m ³ und 5000 mg/m ³ .

Stickoxide - insbesondere Stickstoffdioxid - reizen und schädigen die Atmungsorgane. Erhöhte Konzentrationen in der Atemluft haben einen negativen Effekt auf die Lungenfunktion von Kindern und Erwachsenen. Beim Transport der Schadstoffe von den Emissionszentren weg wandelt sich das NO zunehmend in N0 ₂ um, wodurch die Bildungsreaktion von Ozon beschleunigt und die Abbaureaktion reduziert wird. Entsprechend können in ländlicheren Gebieten höhere Ozonwerte gemessen werden als in den Städten.

Lachgas (N ₂ 0) ist ein T reibhausgas und trägt zur Erderwärmung bei. Seine T reibhauswirksamkeit ist auf einem Zeithorizont von 100 Jahren 298-mal so groß wie die von CO ₂ . Stickoxide aus dem Flugverkehr und indirekt auch Lachgas tragen zum Ozonabbau in der Stratosphäre bei. Lachgas wird durch UV-Strahlung photolysiert und bildet dabei NO, welches wiederum Ozon abbaut.

Zumindest theoretisch stehen eine Reihe von Reagenzien und Absorbentien zur Verfügung, um VOC, NOx und Lachgas in schadlose oder weniger schädliche Produkte umzuwandeln:

Ozon

Eine sogenannte Ozonbehandlung wird in der professionellen Fahrzeugaufbereitung vorgenommen. Insbesondere bei Gebrauchtwagen mit Geruchsbelastung im Innenraum (z. B. ehemalige Raucherfahrzeuge) kann die Geruchsbelastung so beseitigt werden. Durch die oxidierende Wirkung des Ozons werden Geruchsstoffe in geruchsneutrale Stoffe umgewandelt. Ebenso werden Keime und geruchverursachende Bakterien dabei - auch an sonst unzugänglichen Stellen - abgetötet. Als Ergebnis ist das Fahrzeug nach dieser Behandlung desinfiziert und in der Regel geruchsfrei.

Ozon reagiert dabei mit Doppelbindungen in den VOCs die daraufhin an der Stelle zu Ketonen und Aldehyden umgewandelt werden (Ozonolyse). Man macht also aus einer Verbindung mindestens zwei. Diese sind wiederum VOCs und können teilweise sogar toxischer als die ursprünglichen Verbindungen sein. Bei der Abwasserreinigung baut man z.B. in der Schweiz aus diesem Grund Ozonierungsanlagen in Reinigungsbecken wieder zurück.

Ebenso werden aus nicht wasserlöslichen VOCs, andere die wasserlöslich sind und damit einen erhöhten toxischen Aufnahmewert erzielen können. Besonders kritisch für die Automobilbranche ist die Bildung von Bromaten aus Bromverbindungen wie Deca-HBCD, einem sehr gebräuchlichen Flammschutzmittel. Ebenso enthalten viele Teile im Autoinneren Bromide - die dauerhaft ausgasen. Bromate können in der T rinkwasseraufbereitung bei der Oxidation von bromidhaltigen Wässern mit Ozon entstehen. Da Bromate Kanzerogene sind, ist diese Reaktion in hohem Maße unerwünscht und es gibt einen Grenzwert in der Trinkwasserverordnung.

Die EU hat schon seit längerer Zeit Richtwerte für die Ozonkonzentration festgelegt. Keine Gefahr für die Gesundheit besteht laut EU-Richtlinie durch Ozon unter einem Gehalt von 1 10 pg/m ³ . Ab einem Ein-Stunden-Mittelwert von 180 pg/m ³ erfolgt die Unterrichtung der Bevölkerung, da bei dieser Konzentration die Leistungsfähigkeit empfindlicher Menschen bereits beeinträchtigt werden kann.

Ab ungefähr 200 pg/m ³ Ozon können Symptome wie Tränenreiz, Schleimhautreizungen in Rachen, Hals und Bronchien, Kopfschmerzen, verstärkter Hustenreiz und Verschlechterung der Lungenfunktion auftreten.

Ab einem Ein-Stunden-Mittelwert von 360 pg/m ³ werden Warnungen ausgesprochen, da ab dieser Konzentration Gefahr für die menschliche Gesundheit bestehen kann.

In der Schweiz liegt die Grenze des Ein-Stunden-Mittelwertes bei 120 pg/m ³ (ca. 60 ppb). Dieser Wert wird jedoch sehr oft überschritten.

Eine langanhaltende Erhöhung der Ozonkonzentration in der Atemluft führt zu einem erhöhten Risiko, an Atemwegserkrankungen zu sterben. Eine 2018 veröffentlichte Studie zeigt einen Zusammenhang zwischen der Exposition mit Ozon sowie Feinstaub und der Alzheimer- Krankheit.

Erhöhte Immissionswerte treten vor allem im Einflussbereich von Industriegroßräumen und Autobahnen auf. Dabei wirken sich meteorologische Effekte stark auf die lokale Bildung und den Transport des Ozons aus, so dass räumliche Abhängigkeiten über mehrere Hundert Kilometer entstehen können.

Bei Hitzewellen nimmt die Konzentration zu, da Pflanzen weniger Ozon absorbieren können. Es wird geschätzt, dass dieser Effekt beispielsweise in Großbritannien während des Hitzesommers 2006 für 450 zusätzliche Tote verantwortlich war. Als Fazit bleibt zu ziehen, dass Ozon nur für eine Einmal-Reinigung geeignet ist und das auch nur dann, wenn in dem betreffenden Kfz-Innenraum keine Personen sind. Ozon bietet daher für eine permanente Anwendung im Auto keine Lösung, weil die Gesundheitsgefahr zu groß ist. Außerdem werden gleichzeitig die Materialien in den Kfz-Innenräumen genauso wie die VOCs durch das Ozon zerstört.

Sauerstoffdiradikal - radikaler Singuletsauerstoff

Sauerstoff besitzt zwei unterschiedliche angeregte Zustände, die beide eine deutlich größere Energie als der Grundzustand besitzen. Bei beiden Zuständen sind die Spins der Elektronen entgegen der Hundschen Regel antiparallel ausgerichtet. Der stabilere angeregte Sauerstoff wird nach der quantenmechanischen Bezeichnung für diesen Zustand auch Singulett-Sauerstoff ( ¹ 0 ₂ ) genannt.

Die Bildung von Singulett-Sauerstoff ist auf verschiedenen Wegen möglich: sowohl photochemisch aus Triplett-Sauerstoff, als auch chemisch aus anderen Sauerstoffverbindungen. Eine direkte Gewinnung aus Triplett-Sauerstoff durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung (z. B. Licht) ist allerdings aus quantenmechanischen Gründen in Form der Auswahlregeln für die Emission oder Absorption von elektromagnetischer Strahlung ausgeschlossen. Eine Möglichkeit, dieses Verbot zu umgehen, ist die gleichzeitige Bestrahlung mit Photonen und die Kollision zweier Moleküle. Durch diesen unwahrscheinlichen Vorgang, der in der flüssigen Phase eher auftritt, entsteht die blaue Farbe des flüssigen Sauerstoffs (Absorption im roten Spektralbereich). Auch mit Hilfe geeigneter Farbstoffe, wie Methylenblau oder Eosin, lässt sich auf photochemischem Weg Singulett-Sauerstoff darstellen.

Diese Form von Sauerstoff ist ein starkes und selektives Oxidationsmittel und wird in der organischen Chemie häufig verwendet. So reagiert er im Gegensatz zu normalen Sauerstoff mit 1 ,3-Dienen in einer [4+2]-Cycloaddition zu Peroxiden. Mit Alkenen und Alkinen reagiert Singulett- Sauerstoff in einer [2+2]-Cycloaddition.

Der Singulettsauerstoff reagiert wie Ozon, hat jedoch zusätzlich zu diesem noch die stärkere Eigenschaft radikalischen oxidativen Stress (ROS) in Lebewesen zu erzeugen, und ist damit krebserregend.

Als Fazit bleibt zu ziehen, dass Singulettsauerstoff schwierig in der Herstellung ist. Parallel dazu entsteht Ozon als Nebenprodukt. Die Verbindung ist selbst krebserregend und führt zu ROS. Es gibt keine eindeutige Gesetzeslage, aber das Verfahren wird bestimmt nicht durch Gesundheitsbehörden unterstützt werden und bietet daher keine Lösung.

Aktivkohle und andere Adsorbentien wie Zeolithe, Aerogele, charge-transfer-Kunststoffe, Kunststoffe mit Aminogruppen, Urea und Hydrazine

Die genannten Stoffe sind größtenteils gesundheitlich unbedenklich und bieten eine hohe Oberfläche. Die Sättigungsrate verläuft logarithmisch. Damit so hohe Mengen an VOCs, wie sie im Autoinnenraum vorhanden sind, dauerhaft gebunden werden können, braucht man überproportional viel Aktivkohle oder andere Adsorbentien. Wenn man nicht regelmäßig Beutel mit Absorbentien austauschen will, bieten diese Stoffe keine Lösung.

Botanische Reinigung

Der Effekt ist sehr schwach, wird jedoch auch von Autoherstellern propagiert. Ein Beispiel ist das Auto der Marke Sion, das Moos als botanische Reinigung verwendet.

Biofiltration

Die Biofiltration erfordert sehr lange Verweilzeiten, und es muss ein ideales Klima für die Bakterien geschaffen werden, was aber im Kfz-Inneren nicht praktikabel ist.

Membranseparation

Die Membranseparation ist ein einfacher Prozess, der stabil ist, wenig Energie verbraucht und zugleich keine weiteren Emissionen erzeugt. Das Problem ist jedoch, dass die dafür zu verwendenden Membranen nicht stabil sind und bislang keine Lösung hierfür in Sicht ist.

Katalytische Verbrennung

Die katalytische Verbrennung verbietet sich von selbst, weil eine Flamme im Kfz-Innenraum eine permanente Brandgefahr darstellt. Viele Nebenprodukte der Verbrennung sind Nanopartikel, die ihrerseits wieder die Luft belasten. Durch die Verbrennung wird aber auch Benzo-a-pyren erzeugt, das sehr krebserregend ist. Katalysatoren mit UV Bestrahlung

An und für sich zeigt die fotokatalytische Oxidation die besten Voraussetzungen, das angegebene Problem zu lösen, da es dabei zu einer vollständigen Mineralisation kommt. D.h. alles wird zu Kohlendioxid, Wasser, Fluoriden, Chloriden und Bromiden abgebaut.

Titandioxid ist der am häufigsten verwendete Katalysator, da er eine hohe fotokatalytische Resistenz zeigt und eine hohe Konversion der VOCs bewirkt. Titandioxid hat zwei Kristallformen, Rutil und Anatas. Anatas ist die katalytisch aktivere. Um eine hohe Oberfläche zu erzeugen werden Nanopartikel benutzt. Zugleich werden die sogenannten Dangling Bonds der Nanopartikel genutzt, um eine hauptsächlich heterogene Gas-Feststoffreaktion auf dem Katalysator ablaufen zu lassen. D.h. die Hydroxylradikale, die entstehen werden auf dem Katalysator zur Reaktion mit den VOCs gebracht und nicht erst in der Gasphase. Damit ist die Gefahr der Bildung von ROS deutlich gesenkt.

Das Problem ist aber, dass Tiandioxid einen Bandgap bei 3,2 eV hat, d.h es muss im Ultraviolettbereich angestrahlt werden, idealerweise unterhalb von < 387 nm Wellenlänge. Damit ist auch immer die Gefahr der Bildung von Ozon gegeben.

Es gibt Dotierungen z.B. mit Übergangsmetallen die das Bandgap in den sichtbaren Bereich verschieben. Jedoch werden diese auch immer durch Thiole zerstört, wie sie üblicherweise durch Menschen ausgegast werden.

Die fotokatalytische Wirkung von Titandioxid und beta-Galliumoxid ist eingehend untersucht worden. Beispielhaft sei auf die Artikel von

- Wenjung Liang, Jian Li und Hong He, Photocatalytic Degradation of Volatile Organic Compounds (VOCs) over Titanium Dioxide Thin Film, in INTECH 2012, Chapter 12, Advaced Aspects of Spectroscopy,

Ursula Luana Rochetto und Edson Tomaz, Degradation of volatile organic compounds in the gas phase by hererogeneous photocatalysis with titanium dioxide/ultraviolet light, in Journal of the Air & Waste Management Association, 65(7):810-817,

- Evaluation of Titanium doxide as a Photocatalyst for removing Air Pollutants, Lawrence Berlkeley National Laboratory, January 2008, - Yi ^' dong Hou et al in Efficient Decomposition of Benzene over a beta-Ga2<D3 Photocatalyst under Ambient Conditions, in Environmental Science& Technology, Vol. 40, No. 18, 2006, und

Yu Huang et al., Removal of Indoor Organic Compounds via Photocatalytic Oxidation: A Short Review and Prospect, in Molecules 2016, 21 , 56.

In dem Artikel von Ursula Luana Rochetto und Edson Tomaz wird ein Rohrreaktor beschrieben, bei dem die UV-Lichtquelle mittig angeordnet ist. Zwischen der UV-Lichtquelle befindet sich ein länglicher Ringspalt, der von einer Katalysatorschicht aus Titandioxid begrenzt ist. Die kontaminierte Luft wird durch den Spalt geleitet und mit UV-Strahlung bestrahlt. Bei dieser Anordnung besteht die Gefahr, dass sich Singulettsauerstoff und Ozon bilden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung

Es stellt sich somit die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren für den fotokatalytischen Abbau von flüchtigen organischen Verbindungen und für NOx zu finden, die die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger aufweisen. Insbesondere sollen die Vorrichtung und das Verfahren gefahrlos und einfach durchzuführen sein und keine giftigen Produkte wie Singulettsauerstoff und Ozon mehr liefern. Außerdem sollen die Vorrichtung und das Verfahren zur Dekontamination von Luft in Innenräumen, insbesondere in Kfz-Innenräumen und Innenräumen allgemein, im Rahmen des Arbeitsschutzes, bei Gaswäschern und in der Lackiertechnik ohne schädliche Nebenwirkungen für die Insassen geeignet sein.

Erfindungsgemäße Lösung

Demgemäß wurden die fotokatalytische Vorrichtungen für den Abbau von flüchtigen organischen Verbindungen und/oder Stickoxiden gefunden, die jeweils mindestens einen Katalysator in direktem Kontakt mit mindestens einem kontaminierten Luftstrom, der Kontaminanten enthält, wobei der mindestens eine Katalysator auf mindestens einem UV-durchlässigen T räger angebracht ist und durch den mindestens einen UV-durchlässigen Träger hindurch mit der UV- Strahlung mindestens einer dahinter angeordneten UV-Lichtquelle bestrahlbar ist, umfassen und die im Folgenden als„erfindungsgemäße fotokatalytische Vorrichtungen“ bezeichnet werden. Außerdem wurde ein Verfahren zur fotokatalytischen Dekontaminierung von Kontaminanten enthaltenden kontaminierten Luftströmen gefunden, bei dem man

(i) die kontaminierten Luftströme mit den Kontaminanten in direkten Kontakt mit mindestens einem Katalysator bringt,

(ii) die den kontaminierten Luftströmen abgewandte Seite des mindestens einen Katalysators mindestens einen UV-durchlässigen Träger mit der UV-Strahlung mindestens einer UV- Lichtquelle bestrahlt, wodurch

(iii) die Kontaminanten zu Abbauprodukten zersetzt werden, ohne dass Ozon, Hyperoxidanionen, Hydroxylradikale, Peroxylradikale, Alkoxylradikale, Wasserstoffperoxid , Hydroperoxid, Hypochloridanionen und/oder Singulettsauerstoff entstehen.

Im Folgenden wird das Verfahren als „erfindungsgemäßes fotokatalytischen Verfahren“ bezeichnet.

Nicht zuletzt wurde die Verwendung der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen und des erfindungsgemäßen fotokatalytischen Verfahrens für die Reinigung der Luft in Innenräumen von Kraftfahrzeugen und in Innenräumen allgemein, im Rahmen des Arbeitsschutzes, bei Gaswäscher und in der Lackiertechnik gefunden.

Vorteile der Erfindung

Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde lag, mithilfe der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen und des erfindungsgemäßen fotokatalytischen Verfahrens sowie ihrer Verwendung gelöst werden konnte, ohne dass hierbei die Nachteile des Standes der Technik auftraten.

Insbesondere konnten die erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen und das erfindungsgemäße fotokatalytische Verfahren, insbesondere im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung, gefahrlos und einfach durchgeführt werden und lieferte keine giftigen Produkte wie Ozon, Hyperoxidanionen, Hydroxylradikale, Peroxylradikale, Alkoxylradikale, Wasserstoffperoxid, Hydroperoxid, Hypochloridanionen und/oder Singulettsauerstoff mehr. Somit waren die erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen und das erfindungsgemäße fotokatalytische Verfahren hervorragend zur Dekontamination von Luft in Innenräumen und in Innenräumen allgemein, im Rahmen des Arbeitsschutzes, bei Gaswäscher und in der Lackiertechnik insbesondere in Kfz-Innenräumen, ohne schädliche Nebenwirkungen für die Insassen geeignet.

Ein weiterer bedeutsamer Vorteil war, dass die erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen mit anderen Vorrichtungen zur Reinigung von Luft und anderen Medien, insbesondere NOx Katalysatoren und Akustophoresevorrichtungen, kombiniert werden konnten, sodass zusätzliche Reinigungswirkungen erzielt werden konnten.

Noch ein weiterer überraschender Vorteil war, dass die Polyoxometallate die Oxidation der von den Insassen der Kfz ausgedünsteten Thiolen zu Disulfiden katalysierten, ohne dass ihre katalytische Wirkung von den Thiolen vergiftet wurde.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen für den Abbau von flüchtigen organischen Verbindungen und/oder Stickoxiden umfassen jeweils mindestens einen Katalysator oder mindestens zwei Katalysatoren, der oder die in direktem Kontakt mit mindestens einem, insbesondere einem, kontaminierten Luftstrom steht oder stehen. Der kontaminierte Luftstrom enthält mindestens einen Kontaminanten, insbesondere aber mehrere Kontaminanten.

Der mindestens eine Katalysator ist auf mindestens einem, insbesondere einem, UV- durchlässigen Träger angebracht. Der mindestens eine Katalysator wird durch diesen mindestens einen, insbesondere einen Träger hindurch mit UV-Strahlung mindestens einer, insbesondere einer, UV-Lichtquelle bestrahlt. Anders gesagt, wird der Katalysator sozusagen von hinten, d.h. von der dem mindestens einen kontaminierten Luftstrom abgewandten Seite mit UV-Strahlung bestrahlt. Dadurch wird die Bildung von Singulettsauerstoff und Ozon wirksam verhindert.

Der mindestens eine, insbesondere eine, Katalysator wird vorzugsweise aus der Gruppe, bestehend aus Katalysatordünnschichten, Katalysatorschichten aus auf Nano- und/oder Mikropartikeln geträgerten Katalysatoren, Katalysatorschwammschichten und Katalysatorschicht aus Nano-, Mikro- und Makropartikeln, ausgewählt. Vorzugsweise werden die Katalysatoren auf dem UV-durchlässigen Träger mithilfe von Solgelverfahren, elektrochemische Abscheidung, Plasmaabscheidung, Calcinierung, hydrothermale Abscheidung, Fotoabscheidung, Ultraschallabscheidung, chemische Abscheidung, Chemical Vapour Deposition (CVD), Sprühbeschichtung und Nassimprägnieren aufgebracht.

Vorzugsweise werden als Nano- und/oder Mikropartikel, auf denen die Katalysatoren abgeschieden werden, Silicagele wie Aerosile sowie kompakte oder hohle Glaskügelchen und Glaskeramikkügelchen oder Keramikkügelchen verwendet.

Die Katalysatoren können außerdem durch anorganische Kleber, die vorzugsweise porös sind, auf den UV-durchlässigen Trägern fixiert werden.

Bevorzugt werden die Katalysatoren aus der Gruppe, bestehend aus Titandioxid, mit Metallen dotiertem Titandioxid, fluorescence-assisted Titandioxid, Anatas, mit Stickstoff dotiertem Titandioxid, mit Kohlenstoff dotiertem Titandioxid, Kohlenstoffnanoröhrchen-Titandioxid- Verbunden, Titandioxidfasern mit Acrylat-Silicon gebundenen Titandioxidnanopartikeln Eisen/Titandioxid, Platin/Titandioxid, Lanthan/Titandioxid, Cer/Titandioxid, mesoporösem Titandioxid, amorphem Titandioxid, Indium hydroxyd, beta-Galliumoxid, Zinkoxid, Zinksulfid, Zinndioxid, alpha-Bismutoxid, Ag ₄ V ₂ 0 ₇ /Ag ₃ V0 ₄ , Platinwolframat, Palladiumwolframat, Zinkstannat, Polyoxometallaten und Zr _0,08 TiOo.sA _* , ausgewählt.

Die Polyoxometallate, die die Oxidation von Thiolen zu Disulfiden katalysieren, werden in der internationalen Patentanmeldung WO 2016/116259, Seite 13, Zeile 15, bis Seite 23, Zeile 32, im Detail beschrieben.

Insbesondere werden die Katalysatoren aus der Gruppe, bestehend aus monodispers und polydispers verteilten Anatas-, Indiumhydroxid und beta-Galliumoxid-Nanopartikeln, polykristallinen und monokristallinen Aggregaten und Kristallen von Anatas, Indiumhydroxid und beta-Galliumoxid sowie periodisch und zufällig nano- und mikrostrukturiertem Anastas und beta- Galliumoxid, ausgewählt.

Für die Bestrahlung wird UV-Strahlung einer Wellenlänge kleiner als 387 nm verwendet. Als UV- Lichtquellen werden bevorzugt UV-Laser, Ringresonatoren, die evaneszente Felder aufbauen, UV-Dioden, Quecksilberdampflampen, Quarzlampen, Schwarzlichtlampen, Gasentladungsröhren, Tageslichtlampen, Koronaentladungslampen, Halogenlampen und UV- Kaltkathodenröhren verwendet.

Vorzugsweise enthält der mindestens eine UV-durchlässige Träger Polymethylmethacrylat-Glas oder Plexiglas, Gläser und Quarz oder er besteht aus diesen Materialien.

Beispiele für Kontaminanten, die mithilfe der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen fotokatalytischen Verfahrens ohne die Bildung von Singulettsauerstoff oder Ozon abgebaut werden können, sind Ethanol, Trimethylsilanol, Methylethylketon, 2-Methylhexan, Hexamethyldisiloxan, Heptan, Toluol, Hexamethyltrisiloxan, Benzol, Methylbenzol, Xylole, 2-Butoxyethanol, 1 -Butoxy-2-propanol, Octamethyltetrasiloxan, Decan, Undecan, Dodecan, Tridecan, Tetradecan, 2, 2,4,4,6,8,8-Heptamethylnonan, Limonen, Ethylbenzol, NOx und Lachgas.

Es können aber auch fluorierte, chlorierte und/oder bromierte organische Kontaminanten in erfindungsgemäße Verfahrensweise abgebaut werden. Dabei tritt auch eine Mineralisierung unter Bildung von anorganischen Fluoriden, Bromiden und/oder Chloriden ein.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen und des erfindungsgemäßen fotokatalytischen Verfahrens ist, dass sie jeweils mit mindestens einem NOx-Katalysator wie einem üblichen und bekannten SCR-(Selective Catalytic Reduction)- Katalysator kombiniert werden können, sodass NOx besonders effizient abgebaut werden kann.

Noch ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass die erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen und das erfindungsgemäße fotokatalytische Verfahren mit mindestens einer Akustophoresevorrichtung kombiniert werden können. Besonders gut geeignet Akustophoresevorrichtungen werden in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 002 599 A1 , die Figuren 1 (a) bis 5 (d) sowie die dazugehörigen Erläuterungen in den Absätzen [0010] bis [0089], und in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 002 600 A1 , die Figuren 1 (a) bis 6 (b), sowie die dazugehörigen Erläuterungen in den Absätzen [0009] bis [0103], beschrieben. Durch die Kombination mit der Akustophoresevorrichtung können auch Schwebstoffe und Aerosole und Aerosole wirksam entfernt bzw. abgebaut werden.

Die Abmessungen und die konstruktive Gestaltung der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen können breit variiert werden und deshalb in hervorragender Weise an die jeweiligen chemischen, physikalischen und konstruktiven Bedingungen angepasst werden. So können sie in kastenförmigen oder rohrförmigen, gasundurchlässiges Behältern eingeschlossen sein, denen über elektrisch, elektronisch, hydraulisch und/oder mechanisch geregelte Zuleitungen die kontaminierten Luftströme zugeleitet und aus denen die dekontaminierten Luftströme abgeleitet werden können.

Die kontaminierten Luftströme können auch hinsichtlich ihrer Temperatur und ihrer Feuchtigkeit so eingestellt werden, dass optimale Bedingungen für die fotokatalytischen Umsetzungen vorliegen. Ebenso kann die Temperatur der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen in einem optimalen Bereich eingestellt werden. Es können auch unterschiedliche Wellenlängen genutzt werden, um spezielle VOCs gezielt zu eliminieren.

Die Katalysatoren der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen, die mit organischen und anorganischen Abbauprodukten beladen sind, können durch eine Wärmebehandlung regeneriert werden. Vorzugsweise werden hierfür Infrarotstrahler, Heizdrähte und/oder thermoelektrische Elemente und/oder Peltier-Elemente verwendet. Beim Erhitzen verflüchtigen sich die Abbauprodukte, insbesondere Wasser, Stickstoff, Kohlendioxid und absorbierte organische Verbindungen, sowie gegebenenfalls die anorganischen Fluoride, Chloride und Bromide, und werden mit Frischluft ausgetragen.

Im Bedarfsfall können die erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen mit den Peltier- Elementen gekühlt werden.

Die erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen eignen sich hervorragend für die Durchführung des erfindungsgemäßen fotokatalytischen Verfahrens.

Das Verfahren dient der fotokatalytischen Dekontaminierung von Kontaminanten enthaltenden kontaminierten Luftströmen. Dabei werden die kontaminierten Luftströme mit den Kontaminanten in direktem Kontakt mit mindestens einem Katalysator gebracht. Gleichzeitig wird die Seite des mindestens einen Katalysators, die den kontaminierten Luftströmen abgewandt ist, also gewissermaßen die Rückseite des mindestens einen Katalysators, durch mindestens einen UV- durchlässigen Träger hindurch mit der UV-Strahlung mindestens einer UV Lichtquelle bestrahlt, wodurch die Kontaminanten zu Abbauprodukten zersetzt und/oder mineralisiert werden, ohne dass Ozon, Hyperoxidanionen, Hydroxylradikale, Peroxylradikale, Alkoxylradikale, Wasserstoffperoxid , Hydroperoxid, Hypochloridanionen und/oder Singulettsauerstoff entstehen. Dabei ist die Reaktionsrate der fotokatalytischen Reaktion 1. Ordnung proportional zu der Lichtintensität.

Vorzugsweise wird die fotokatalytische Reaktion bei einer Temperatur von 0 bis 70 °C durchgeführt, da sich in diesem Bereich im allgemeinen die Aktivität des Katalysators nicht ändert.

Vorzugsweise wird die fotokatalytische Reaktion mit Luftströmen einer Luftfeuchtigkeit von 10 % bis 90 % durchgeführt, da hierbei die Bildung von Hydroxylradikalen vermieden wird.

Die erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen können permanent, zseitlich versetzt zum Autofahren, zum Autofahren, zwischen den Fahrten oder zufallsmäßig betrieben werden. Bevorzugt werden sie gemäß einem individuell eingestellten Benutzerprofil betrieben. Dabei ist es von Vorteil, wenn die erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen mit einem Sensor, der spezifische VOCs misst und dann bei Bedarf die Vorrichtungen einschaltet, betrieben werden.

Die austretenden dekontaminierten Luftströme werden vorteilhafterweise noch mit Radikalfängern wie Tocopherolen, Butylhydroxyanisol (BHA), Butylhydroxytoluol (BHT) und Gallaten in Kontakt gebracht werden. Vorzugsweise sind die Radikalfänger, insbesondere die Radikalfänger für oxidativen Stress auslösende Radikale (ROS), Nanopartikel mit ihren Dangling Bonds. Diese Systeme können auf einer Oberfläche oder auf oder in einer semipermeablen Membran vorliegen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen und des erfindungsgemäßen fotokatalytischen Verfahrens resultiert aus dem folgenden Befund:

Neben VOCs sind Nanopartikel aus VOCs besonders präsent im Inneren von Kfz. So treten bromierte Flammschutzmittel aus dem Oberflächenmaterial aus, kondensieren gemäß der Aitken Mode und bilden Nanopartikel, die inhaliert und nicht durch Ozonisierung aber durch das erfindungsgemäße fotokatalytische Verfahren abgebaut werden.

Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass der mindestens eine teilchenförmige Katalysator mit den Nanopartikeln von bromierten Flammschutzmitteln wie Dekabromdiphenylether reagiert, wodurch sich die Oberflächenenergie reduziert, sodass die bromierten Flammschutzmittel abgebaut werden können.

Kurze Beschreibung der Figuren Im Folgenden werden die erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen 1 , das erfindungsgemäße fotokatalytische Verfahren und deren erfindungsgemäßen Verwendungen anhand der Figuren 1 bis 14 beispielhaft näher erläutert. Die Figuren 1 bis 14 sind schematische Darstellungen, die die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen 1 , des erfindungsgemäßen fotokatalytischen Verfahrens und deren erfindungsgemäßen Verwendungen veranschaulichen sollen und deshalb auch nicht maßstabsgetreu ausgeführt werden müssen. Es zeigen in nicht maßstabsgetreuer Darstellung:

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine plattenförmige fotokatalytische Vorrichtung 1 für den Abbau von VOC mit einer Katalysatordünnschicht 2.1;

Figur 2 zeigt den Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der flächige fotokatalytischen Vorrichtung 1 mit einer Katalysatorschicht 2.2, die aus einem auf Nano- und/oder Mikropartikeln geträgertem Katalysator 2 aufgebaut ist;

Figur 3 zeigt die perspektivische Darstellung einer rohrförmigen fotokatalytischen Vorrichtung

1 , worin die Wand des Hohlraums H von einer Kata lysato rdünnschicht 2.1 bedeckt ist;

Figur 4 zeigt die perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer rohrförmigen fotokatalytischen Vorrichtung 1 , worin die Wand des Hohlraums H von einer Katalysatorschicht 2.2, die aus einem auf Nano- und/oder Mikropartikel geträgertem Katalysator 2 aufgebaut ist, bedeckt ist;

Figur 5 zeigt die perspektivische Darstellung einer rohrförmigen fotokatalytischen Vorrichtung

1 , die mit einem NOx-Katalysator 9 kombiniert ist;

Figur 6 zeigt die perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer rohrförmigen fotokatalytischen Vorrichtung 1 , die mit einem NOx Katalysator kombiniert ist;

Figur 7 zeigt die perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer rohrförmigen fotokatalytischen Vorrichtung 1 , in der ein Zylinder aus - von innen nach außen gesehen - einer zylindrischen ÜV-Lichtquelle 4, einem hohlzylindrischen UV- durchlässigen Träger 3 und einer Katalysatordünnschicht 2.1 in dem rohrförmigen Hohlraum H mittig angeordnet ist;

Figur 8 zeigt die perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer rohrförmigen fotokatalytischen Vorrichtung 1 , die der Ausführungsform gemäß der Figur 7 gleicht nur, dass sie eine Katalysatorschicht 2.2 aus auf Nano- und/oder Mikropartikeln geträgertem Katalysator 2 umfasst;

Figur 9 zeigt die perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer rohrförmigen fotokatalytischen Vorrichtung 1 mit einer Katalysatordünnschicht 2.1 , die mit einer rohrförmigen Akustophoresevorrichtung 10 kombiniert ist;

Figur 10 zeigt die perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer rohrförmigen mit einer Katalysatorschicht 2.2 aus auf Nano- und/oder Mikropartikeln geträgerten Katalysator 2;

Figur 11 zeigt die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch drei Ausführungsformen von flächenförmigen fotokatalytischen Vorrichtungen 1 , die in einer Figur dargestellt werden und durch eine gedachte Trennlinie T voneinander abgegrenzt sind, wobei die UV-Lichtquelle 4 ein Ringresonator ist;

Figur 12 zeigt die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch eine rohrförmige fotokatalytische

Vorrichtung 1 , in deren Hohlraum H ein stabförmige Infrarotstrahler 14 und auf deren Oberfläche ein thermoelektrisches Element oder ein Peltier-Element 11 angebracht sind;

Figur 13 zeigt die Seitenansicht einer rohrförmigen fotokatalytischen Vorrichtung 1 , die mit einem Heizdraht umwickelt ist und

Figur 14 zeigt die Draufsicht auf einen Längsschnitt durch drei Ausführungsformen von flächigen fotokatalytischen Vorrichtungen 1 , die in einer Figur dargestellt werden und durch eine gedachte Trennlinie T voneinander abgegrenzt sind, wobei oberhalb der Katalysatoren 2 ein stabförmiger Infrarotstrahler 14 und unterhalb der UV-Lichtquelle 4 ein thermoelektrisches Element oder Peltier-Element 11 angeordnet ist.

In den Figuren 1 bis 14 haben die Bezugszeichen die folgende Bedeutung: 1 Fotokatalytische Vorrichtung für den Abbau von VOC

2 Katalysator

2.1 Katalysatordünnschicht

2.2 Katalysatorschicht aus auf Nano- und/oder Mikropartikel geträgertem Katalysator 2

2.3 Katalysatorschwammschicht

2.4 Katalysatorschicht aus Nano-, Mikro- und Makropartikeln

3 UV-durchlässiger T räger

4 UV-Lichtquelle

4.1 Frustrierte Totalreflektion

4.2 In den Katalysator 2 eindringendes evaneszentes Feld

5 Kontaminierter Luftstrom

5.1 Kontaminanten

5.2 Verdampfende Rückstände der Kontaminanten 5.1 und der Abbauprodukte 6

6 Abbauprodukte der Kontaminanten 5.1

7 Dekontaminierte Luft

8 Abschnitt des Abgasrohrs eines Verbrennungsmotors

8.1 Abgase eines Verbrennungsmotors

8.2 Wand des Abgasrohrs 8

8.3 Mit Lachgas kontaminierte Abgase

8.4 Gereinigte Abgase

9 NOx-Katalysator

10 Akustophoresevorrichtung

10.1 Sender

10.2 Stehende Welle

10.2.1 Wellenbauch

10.2.2 Wellenknoten

10.3 Geschlossene Wand

10.4 Feste Partikel und/oder T röpfchen

10.5 Fokussierte feste Partikel und/oder T röpfchen 10.4

11 Thermoelektrisches Element oder Peltier-Element

12 Stromanschlüsse

13 Heizdraht

14 Infrarotstrahler

A Luftauslass E Lufteinlass

F Fensterausschnitt

H Hohlraum

I Input

IR Infrarotstrahlung

O Output

T Gedachte Trennlinie h v UV-Strahlung

†— > Strömungsrichtungen

_*~ l Strömungsrichtungen

Ausführliche Beschreibung der Figuren

Figur 1

Eine plattenförmige erfindungsgemäße fotokatalytische Vorrichtung 1 war in einem luftdichten Gehäuse (nicht eingezeichnet) eingeschlossen. Dem Gehäuse wurde über eine Zuleitung ein kontaminierter Luftstrom 5 mit den Kontaminanten 5.1 zugeführt, sodass dieser über die Katalysatordünnschicht 2; 2.1 aus beta-Galliumoxid geleitet wurde. Die Katalysatordünnschicht 2; 2.1 wurde auf ihrer Rückseite durch eine UV-durchlässige Glasplatte 3 mit der UV-Strahlung h.v einer Quecksilberdampflampe 4 bestrahlt. Die Kontaminanten 5.1 wurden von der Katalysatordünnschicht 2; 2.1 aufgenommen und durch die UV-Strahlung h.v abgebaut, sodass als Abbauprodukte 6 Wasser, Stickstoff und Kohlendioxid entstanden, die mit dem dekontaminierten Luftstrom 7 aus dem Gehäuse ausgetragen wurden. Es wurde keine Bildung von Ozon beobachtet.

Figur 2

Die plattenförmige erfindungsgemäße fotokatalytische Vorrichtung 1 der Figur 2 entsprach derjenigen der Figur 1 , mit dem Unterschied, dass anstelle der Katalysatordünnschicht 2; 2.1 eine Katalysatorschicht 2; 2.2 aus beta-Galliumoxid, das auf der Oberfläche von Mikroteilchen aus Glas einer mittleren Teilchengröße von 2 pm fixiert war, verwendet wurde. Es wurden die gleichen vorteilhaften Ergebnisse wie bei der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtung 1 gemäß der Figur 1 erhalten. Figuren 3, 12 und 13

Die rohrförmige Ausführungsform der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtung 1 gemäß der Figur 3 umfasste ein äußere rohrförmige UV-Lichtquelle 4, die aus mehreren stabförmigen Xenonlampen bestand. Die rohrförmige UV-Lichtquelle umgab einen UV-durchlässigen Träger 3 aus Quarz, auf dessen Innenseite eine Katalysatordünnschicht 2; 2.1 aufgetragen war. Die Katalysatordünnschicht 2; 2.1 umgab einen rohrförmigen Hohlraum H, in dessen Lufteinlass E der Luftstrom 5 mit den Kontaminanten 5.1 eingeleitet wurden. Die Katalysatordünnschicht 2; 2.1 wurde durch den UV-durchlässigen T räger 3 mit UV-Strahlung h.v bestrahlt, wodurch sich die Kontaminanten 5.1 zu den Abbauprodukten 6 zersetzten, die sich zum kleineren Teil auf der Katalysatordünnschicht 2; 2.1 absetzten, wie zum Beispiel anorganische Chloride, und zum größeren Teil von dem dekontaminierten Luftstrom 7 als Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff durch den Auslass A ausgetragen wurden.

Die Abbauprodukte 6, die sich abgesetzt hatten, konnten ohne Bestrahlung mit UV-Strahlung h.v mithilfe einer Wärmebehandlung mit einem im Hohlraum H mittig angeordneten, stabförmigen Infrarotstrahler 14 (vgl. Figur 12) und/oder mithilfe von auf der Außenwand angeordneten thermoelektrischen Elementen oder Peltier-Elementen 1 1 (vgl. Figur 12) und/oder mithilfe von Heizdrähten 13 (vgl. Figur 13) ausgetrieben werden, wodurch die Katalysatorschicht 2; 2.2 regeneriert wurde. Dieser Vorgang konnte mehrfach wiederholt werden.

Die Analyse des dekontaminierten Luftstrom 7 ergab, dass 99,9 % der vorhandenen VOC eliminiert werden konnten. Dabei entstand kein giftiges Ozon.

Figur 4

Die rohrförmige Ausführungsform der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtung 1 gemäß der Figur 4 glich derjenigen der Figur 3, mit dem Unterschied, dass anstelle der Katalysatordünnschicht 2; 2.1 die Katalysatorschicht 2; 2.2 der Vorrichtung 1 gemäß der Figur 3 verwendet wurde. Es wurden bei der fotokatalytischen Zersetzung und der Regenerierung die gleichen Vorteile erzielt, wie sie bei der Figur 3 beschrieben wurden.

Figur 5

Um die erfindungsgemäße fotokatalytische Vorrichtung 1 gemäß der Figur 4 zu erweitern, wurde sie in einen Abschnitt 8 des Abgasrohrs eines Verbrennungsmotors eingebaut die Abgase 8.1 traten bei dem Einlass E in den rohrförmigen Hohlraum H ein, der durch die Wand 8.2 des Abgasrohrs 8 umgrenzt wurde. Die Abgase 8.1 wurden zunächst in einem üblichen und bekannten SCR-Katalysator 9 von NOx befreit und gelangten anschließend in die erfindungsgemäße fotokatalytische Vorrichtung 1 , die den gleichen Aufbau wie die fotokatalytische Vorrichtung 1 gemäß der Figur 4 aufwies. (Fensterausschnitt F) Darin wurden Lachgas, VOC und weniger flüchtige organische Verbindungen 8.3 zu Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid umgesetzt und mit den gereinigten Abgasen 8.4 aus dem Luftauslass A ausgetragen. Ozon konnte nicht nachgewiesen werden.

Figur 6

Der Abschnitt 8 des Abgasrohrs gemäß der Figur 6 glich demjenigen der Figur 5 mit dem Unterschied, dass anstelle der Katalysatorschicht 2; 2.2 eine Katalysatordünnschicht 2; 2.1 aus Indiumhydroxyd in der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtung 1 verwendet wurde. Es wurden die gleichen vorteilhaften Ergebnisse erzielt wie bei der Kombination von SCR- Katalysator 9 und erfindungsgemäßer fotokatalytischer Vorrichtung 1 gemäß der Figur 5.

Figur 7

Bei der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtung 1 gemäß der Figur 7 war die stabförmige UV-Lichtquelle 4 im Zentrum der rohrförmigen Vorrichtung 1 angeordnet. Als UV- Lichtquelle 4 wurden UV-Dioden 4 verwendet. Die stabförmige UV-Lichtquelle war von einem UV- lichtdurchlässigen Träger 3 aus Quarz umgeben. Auf dessen Oberfläche war eine Katalysatordünnschicht 2; 2.1 aus fixierten Anatas-Nanopartikeln angeordnet. Der kontaminierte Luftstrom 5; 5.1 trat durch den Lufteinlass E in den Hohlraum H zwischen der Katalysatordünnschicht 2; 2.1 und der äußeren Wand der fotokatalytischen Vorrichtung 1 ein und strömte über die Katalysatordünnschicht 2; 2.1 , die von hinten mit UV-Strahlung h.v bestrahlt wurde. Dadurch wurden die Kontaminanten, insbesondere Lachgas und VOC zersetzt, und die Abbauprodukte 6 - in der Hauptsache Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser - wurden mit dem dekontaminierten Luftstrom 7 aus dem Luftauslass ausgetragen. Auch in diesem Falle konnte kein Ozon nachgewiesen werden.

Figur 8

Die erfindungsgemäße fotokatalytische Vorrichtung 1 gemäß der Figur 8 war wie diejenige der Figur 7 aufgebaut mit dem Unterschied, dass anstelle der Katalysatordünnschicht 2; 2.1 aus fixierten Anatas-Nanopartikeln eine Katalysatorschicht 2; 2.2 aus beta-Galliumoxid, das auf der Oberfläche von Mikroteilchen aus Glas einer mittleren Teilchengröße von 2 mhh fixiert war, verwendet wurde. Es wurden die gleichen Vorteile wie bei der fotokatalytischen Vorrichtung 1 gemäß der Figur 7 erzielt. Auch in diesem Falle konnte kein Ozon nachgewiesen werden.

Figur 9

Der Längsschnitt durch die Vorrichtung 1 ; 10 gemäß der Figur 9 zeigt die Kombination einer erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtung 1 gemäß der Figur 6 mit zwei Akustophoresevorrichtungen 10, wie sie in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 002 599 A1 , die Figuren 1 (a) bis 5 (d) sowie die dazugehörigen Erläuterungen in den Absätzen [0010] bis [0089], und in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 002 600 A1 , die Figuren 1 (a) bis 6 (b), sowie die dazugehörigen Erläuterungen in den Absätzen [0009] bis [0103], beschrieben werden. Hierbei trat der kontaminierte Luftstrom 5, der neben den VOC unter anderem auch Dekabromdiphenylether als Nanopartikel 10.4 enthielt, über den Lufteinlass E in den von der geschlossenen Wand 10.3 umschlossenen Hohlraum H der ersten Akustophoresevorrichtung 10 ein. Der Dekabromdiphenylether war aus dem Oberflächenmaterial im Kraftfahrzeuginneren ausgetreten, kondensierte (Aitken Mode) und bildete Nanopartikel 10.4. Die vorhandenen Nanopartikel 10.4 sammelten sich in den Wellenknoten 10.2.2 der von den einander gegenüberliegenden Ultraschallsendern 10.1 ausgesandten stehenden Ultraschallwellen 10.2 an und wurden von dem Luftstrom 5 zu der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtung 1 transportiert, worin die VOC zu Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid zersetzt wurden. Dabei reagierten die Dekabromdiphenylether-Nanopartikel 10.4 mit der Katalysatordünnschicht 2; 2.1 aus Indiumhydroxyd und werden dadurch abgebaut und mineralisiert. Der dekontaminierte Luftstrom 7 mit den Abbauprodukten 6 wurde in eine zweite Akustophoresevorrichtung 10 eingeleitet, worin die gegebenenfalls noch vorhandenen Partikel und Tröpfchen 10.4 wieder fokussiert und als fokussierte feste Partikel und/oder Tröpfchen 10.5 aus dem Luftauslass A mit dem dekontaminierten Luftstrom 7 ausgetragen wurden. Es konnten kein giftiges Ozon und karzinogene Bromate nachgewiesen werden

Figur 10

Die erfindungsgemäße kombinierte Vorrichtung aus einer ersten Akustophoresevorrichtung 10, der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtung 1 und einer 2 Akustophoresevorrichtung 10 entsprach der kombinierten Vorrichtung gemäß der Figur 9 mit dem Unterschied, dass anstelle der Katalysatordünnschicht 2; 2.1 eine Katalysatorschicht 2; 2.2 aus beta-Galliumoxid, das auf der Oberfläche von Mikroteilchen aus Glas einer mittleren Teilchengröße von 1 ,5 pm fixiert war, verwendet wurde. Es wurden die gleichen Vorteile, wie sie bei der Figur 9 beschrieben wurden, erhalten.

Figur 11

Figur 11 zeigt drei Ausführungsformen einer plattenförmigen erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtung 1 , wobei die Ausführungsformen durch eine gedachte Linie T voneinander getrennt werden.

Als UV-Lichtquelle 4 diente ein Ringresonator mit einem Input I und einem Output O. Der Ringresonator war in der Lage, durch frustrierte Totalreflektion 4.1 in den Katalysatordünnschichten 2; 2.1 aus beta-Galliumoxid, in den Katalysatorschichten 2; 2.2 aus Indiumhydroxyd, das auf der Oberfläche von Mikroteilchen aus Glas einer mittleren Teilchengröße von 1 ,7 pm fixiert war, und in den Katalysatorschwammschichten 2; 2.3 aus Titandioxidfasern evaneszente Felder zu erzeugen. Die Versuche wurden wie bei den Figuren 1 und 2 beschrieben durchgeführt. Die Dekontaminationswirkung war allen Fällen hervorragend, und es konnte kein Ozon oder, sofern Dekabromdiphenylether zugegen war, kein kanzerogenes Bromat nachgewiesen werden.

Figuren 12, 13 und 14

In der Figur 12 wurden die Einzelheiten der Regeneration der gebrauchten Katalysatorschichten 2; 2.2 noch einmal anhand eines Längsschnitt durch die erfindungsgemäße fotokatalytische Vorrichtung 1 der Figur 4 dargestellt. Dabei wurden die Katalysatorschichten 2; 2.2 mithilfe eines stabförmigen Infrarotstrahler 14 erhitzt, wobei die die Rückstände 5.2 der Kontaminanten 5.1 und der Abbauprodukte 6 verdampften und von dekontaminierte Luft 7 aus dem Luftauslass A ausgetrieben wurden. Die Heizwirkung konnte auch durch thermoelektrische Elemente und/oder Peltier-Elemente 11 hervorgerufen oder unterstützt werden. Die Regeneration konnte mehrfach wiederholt werden, was ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen 1 war.

In der Figur 13 wurde eine weitere Ausführungsform der Regeneration anhand einer Seitenansicht einer erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtung 1 , die mit einem Heizdraht 13 umwickelt war, dargestellt. Die Figur 14 zeigt einen Längsschnitt durch eine plattenförmige erfindungsgemäße fotokatalytische Vorrichtung 1 mit einer Katalysatorschicht 2; 2.2 aus Indiumhydroxyd, das auf der Oberfläche von Mikroteilchen aus Glas einer mittleren Teilchengröße von 1 ,7 pm fixiert war, und mit einer Katalysatordünnschicht 2; 2.1 aus beta-Galliumoxid, die beide durch eine gedachte Linie T voneinander getrennt waren. Die Regeneration der Katalysatoren 2 wurde mithilfe stabförmiger Infrarotstrahler 14, die oberhalb der Katalysatoren 2 angeordnet waren, durchgeführt. Bei Bedarf konnten die Infrarotstrahler 14 auch noch durch thermoelektrische Elemente 11 unterstützt werden. Eine schnelle Abkühlung der plattenförmigen erfindungsgemäßen fotokatalytischen Vorrichtungen 1 konnte mithilfe von Peltier-Elementen 11 erfolgen.

Bei allen Ausführungsformen konnten die Rückstände 5.2 der Kontaminanten 5.1 und der Abbauprodukte 6 zu mehr als 99 % von den Katalysatoren abgedampft werden.