Diamantelektroden auf Keramikbasis zur Abwasserreinigung – DiaKerWa
Der Eintrag von gesundheitsgefährdenden Stoffen in unsere Oberflächengewässer durch industrielle aber auch kommunale Abwässer erfordert es, bestehende Aufbereitungsmethoden mit innovativen Reinigungsmethoden zu erweitern. Diamantelektroden haben das Potential, diese Schadstoffe auf atomarer Ebene anzugreifen und unschädlich zu machen. Standard-Diamantelektroden auf Niobbasis spielen trotz des hohen Einsatzpotentials u. a. aufgrund hoher Investitionskosten und internationaler Herausforderungen hierbei kaum eine Rolle. Eine mikrostrukturierte Diamantelektrode auf Basis einer regionalen Keramik könnte dies ändern.
Ziel des Projekts war es, eine haftfeste Diamantschicht auf einem keramischen Substrat abzuscheiden und mit dem gezeigten Strukturierungskonzept zur Wasseraufbereitung einzusetzen. Hierzu wurde der Diamantbeschichtungsprozess erfolgreich für eine speziell entwickelte Keramik angepasst. Die im Projekt geforderte Langzeitstabilität der mikrostrukturierten Elektroden von 100 h unter normalen Betriebsbedingungen konnte um ein Vielfaches übertroffen werden.
Konzept der interdigitated double diamond electrode (iDDE). Eine speziell für die Diamantbeschichtung entwickelte Keramik (1) wird mit leitfähigem Diamanten beschichtet (2). Nachfolgend wird die leitfähige Diamantschicht mittels Laserablation (3) in elektrisch getrennte Bereiche unterteilt (4), die ca. 50 µm voneinander entfernt sind. Werden die Bereiche elektrisch kontaktiert und ein wässriges Medium hinzugegeben, finden am Pluspol Reaktionen statt, die den Diamanten befähigen, selbst hartnäckigste Schadstoffe zu eliminieren. (Modifiziert nach Quelle: Zulla, M.; Messerschmidt, C.; Ghanem, H.; Bähr, J.; Hegemann, L.; Rosiwal, S. A; New Hope for All-Diamond Electrodes? The Interdigitated Double Diamond Electrode. Electrochem 2025, 6, 41. https://doi.org/10.3390/electrochem6040041)Konzept der interdigitated double diamond electrode (iDDE). Eine speziell für die Diamantbeschichtung entwickelte Keramik (1) wird mit leitfähigem Diamanten beschichtet (2). Nachfolgend wird die leitfähige Diamantschicht mittels Laserablation (3) in elektrisch getrennte Bereiche unterteilt (4), die ca. 50 µm voneinander entfernt sind. Werden die Bereiche elektrisch kontaktiert und ein wässriges Medium hinzugegeben, finden am Pluspol Reaktionen statt, die den Diamanten befähigen, selbst hartnäckigste Schadstoffe zu eliminieren. (Modifiziert nach Quelle: Zulla, M.; Messerschmidt, C.; Ghanem, H.; Bähr, J.; Hegemann, L.; Rosiwal, S. A; New Hope for All-Diamond Electrodes? The Interdigitated Double Diamond Electrode. Electrochem 2025, 6, 41. https://doi.org/10.3390/electrochem6040041)
Auf Basis mehrjähriger Weiterentwicklung konnten Reinigungsmodule auf Diamantbasis bei den Industriepartnern erprobt werden. In jeder zu behandelnden Wassermatrix (u. a. Abwasser aus dem PET-Flaschen-Recycling oder mikrobiell belastetes Wasser) konnte ein grundlegend positiver Reinigungseffekt erzielt werden. Die Verhinderung der Produktion toxischer Nebenprodukte und eine anwendungsorientierte Langzeitstabilität bleiben die größten Hürden für einen erfolgreichen Forschungstransfer.
