-Um die Photokatalyse für eine Wasserapplikation experimentell zu erschließen, wurde im Rahmen des Projektes zwei Reaktorsysteme zur Testung immobilisierter photokatalytischer Materialien erfolgreich geplant, aufgebaut und charakterisiert.

-Zur Prozesscharakterisierung wurde eine umfangreiche Online-Analytik aufgebaut, die es ermöglicht, wichtige wasserchemische Parameter wie gelösten Sauerstoff, pH-Wert und Temperatur während des gesamten experimentellen photokatalytischen Abbauprozesses zu messen. Die photokatalytischen Abbauversuche wurden mit Quecksilbernieder und Mitteldruckstrahler (15 Watt ,150 Watt) durchgeführt. Die Charakterisierung der Lichtquelle umfasste Analyse der Lichtintensität sowie Untersuchung des Lampenspektrums mit Hilfe eines USB-Spektrometers. Die erfassten Prozessdaten werden mit Hilfe einer eigens entwickelten LabVIEW-Applikation automatisiert erfasst und gespeichert.

-Infrastrukturell bietet der Reaktor die Möglichkeit, die Reaktionslösung mit Argon zu spülen, was im Hinblick auf die Entwicklung von Methoden zur Quantifizierung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und des Einflusses von gelöstem Sauerstoff auf den photokatalytischen Prozess von Bedeutung ist.

-Am Beispiel des Aminopenicillins Amoxicillin konnte erfolgreich gezeigt werden, dass der Reaktor zur mechanistischen Aufklärung von Umwandlungsprozessen geeignet ist. Dabei konnten die Geschwindigkeitskonstanten sowohl für Quecksilber-Niederdruckstrahler als auch für Quecksilber-Mitteldruckstrahler von Amoxicillin bei unterschiedlichen pH-Werten bestimmt werden. Durch Verwendung der oben eingeführten Apparatur konnte Amoxicillin auf weniger als 5 % der Ausgangskonzentration abgebaut werden, was als vollständig verstanden werden kann.

-Die Bestimmung des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC) in Form des nicht ausgasbaren organischen Kohlenstoffs (NPOC) konnte erfolgreich zeigen, dass weder die direkte Photolyse noch die Photokatalyse mittels Titandioxid in der Lage sind, im getesteten Konzentrationsbereich über den getesteten Zeitraum signifikant zu einer Mineralisierung beizutragen.

-Da bei der mechanistischen Untersuchung von photokatalytischen Umwandlungsprozessen die direkte Photolyse zum Abbauprozess beiträgt und somit die Ergebnisse verfälschen kann, wurden für den Photokatalysator Titan(IV)oxid chemische UV-Cutoff-Filter (Kaliumnitrit, Kaliumnitrat und Kaliumhydrogenphthalat) als geeignet zur Reduktion der direkten Photolyse evaluiert.

-Für den Nachweis von Transformationsprodukten wurde erfolgreich zum einen eine flüssig-chromatografische und zum anderen eine hochauflösende massenspektrometrische Methode entwickelt, mit der Transformationsprodukte von Amoxicillin identifiziert werden können.

In enger Abstimmung mit den Projektpartnern sind die weiteren Arbeitsschritte wie folgt skizziert. Im Folgenden soll der Fokus zusätzlich auf die Bestimmung von ROS in verschiedenen Wassermatrices, insbesondere im Hinblick auf die Bildung von OH-Radikalen im Abbauprozess, gelegt werden. Weiterhin sollen die Unterschiede in den gebildeten Transformationsprodukten in Abhängigkeit von der vorliegenden Wassermatrix diskutiert werden. Um die Eignung der Photokatalyse für eine Abwasseranwendung beurteilen zu können, ist es außerdem wichtig, die Wirkung der gebildeten Produkte auf aquatische Ökosysteme besser zu verstehen. Hierzu ist geplant, die gebildeten Transformationsprodukte hinsichtlich ihrer Toxizität auf aquatische Organismen wie Wasserflöhe (Daphnia magna) zu bewerten. Nach Beginn der Arbeiten im ersten Teilprojekt des Instituts für Künstliche Intelligenz in der Medizin (IKIM) soll in enger Kooperation auch die photokatalytische Abbaubarkeit von ARB und ARG mit dem bestehenden Reaktorsystem mittels Sequenzierung untersucht werden.

     ​