Flüchtige
organische Verbindungen (Volatile Organic Compounds - VOCs) wie
Toluol oder Acetaldehyd stellen eine Gefahr für die Umwelt dar. Deshalb
müssen sie aus der Abluft von Industrieanlagen restlos entfernt werden. Dies
geschieht meist durch
Adsorption, Rückgewinnung und anschließende
katalytische Verbrennung. Als Katalystoren hierfür dienen oft
Sauerstoffverbindungen der
Metalle Mangan,
Chrom,
Kupfer oder
Kobalt. Jetzt
haben Forscher in Japan erstmals ein Material entwickelt, das beides kann:
VOCs anlagern und ihre Oxidation zu
Kohlendioxid katalysieren.
A. K. Sinha und K. Suzuki synthetisierten ein dreidimensionales kubisches
Netzwerk aus Chromoxid wobei das Chrom in Oxidationsstufen von +2 bis +6
(Cr+6 ~ 4%) vorliegt. Die durchschnittliche Porengröße beträgt 7,9 nm und
die Wandstärke 13,3 nm; sie liegen im Bereich zwischen Mikrometern (1 µm =
ein tausendstel Millimeter) und Nanometern (1 nm = ein Millionstel
Millimeter). Das Material wird deshalb als mesoporöses Chromoxid bezeichnet
(mesos ist das griechische Wort für mittleres, mitten zwischen). Die
Forscher erzeugten diese mesoporöse Struktur, indem sie Chromsalze in
Gegenwart eines speziellen
polymers, das als Schablone diente, langsam aus
einem organischen Lösungsmittelgemisch auskristallisieren ließen. Durch
Erhitzen des so erhaltenen Materials auf Temperaturen über von 400 °C
konnten sie die Schablone anschließend vollständig entfernen.
Mesoporöses Chromoxid ist die erste bekannte Substanz, die VOCs bei
Raumtemperatur nicht nur adsorbiert, sondern bereits unter diesen milden
Bedingungen ihre Zersetzung katalysiert. So wurde beispielsweise Toluol
innerhalb von 25 Stunden bei Raumtemperatur zu 52 % abgebaut, Acetaldehyd
sogar zu 94 %. Eine Temperaturerhöhung auf 85 °C zerstörte 65 % des Toluols,
oberhalb von 280 °C wurde Toluol zu 100 % entfernt. Durch Erhitzen auf 350
°C werden alle eventuell noch vorhandenen Reste von VOCs oxidiert, der
Katalysator ist regeneriert und steht für den nächsten Einsatz bereit.