Als Ausgangsbasis werden kommerzielle im tonnenmaßstab verfügbare Materialien direkt von Industriepartnern (z. B. Evonik als Lieferant des Standardmaterials Titandioxid P25) verwendet. In der AG Barcikowski werden diese gezielt durch kontrollierte Laserbehandlung modifiziert. Die Lasermodifizierten Materialien werden anschließend durch fortschrittliche Strukturanalysemethoden wie Raman, HR-TEM, XRD und XPS am „Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale“ (ICAN), spektroskopisch durch Analyse der Photolumineszenz, Exzitonenlebensdauer und Quantenausbeute sowie in photokatalytischen Abbaumodellreaktionen untersucht.

In diesem Bereich wird in den neuen Laboren ein Aufbau realisiert, der eine Abbildung eines vollständigen Behandlungszugs der Wasseraufbereitung liefert. Der Größenmaßstab soll bei Durchflussraten von ca. 100 L/h liegen. Der Abbau von organischen Schadstoffen wird durch Zudotierung organischer Verunreinigungen und Matrixstoffe wie Salze und Huminstoffe zur Trinkwassermatrix im Zufluss untersucht. Weiterführend wird zusätzlich eine biologisch aktive Stufe im Behandlungsstrang nachgeschaltet, um das gesamte Verfahren der Wasseraufbereitung abzubilden und hinsichtlich Transformationseffizienz und verbleibender biologischer Wirkung untersuchen zu können.

Zentrale Elemente sind Durchflussreaktoren, die die Verwendung immobilisierter Partikel oder von Suspensionen erlauben. Darin enthalten sind online-Messtechniken zur Charakterisierung der Matrix (pH, Leitfähigkeit, UV) und des Abbaus organischer Substanzen (TOC, MS). Weitergehende Spurenstoffanalytik mittels GC-MS oder LC-MS wird von der AG Schmidt oder kooperierenden Partnern (IUTA, IWW) eingebracht.

Parallel zu den vorab genannten Untersuchungen zur Effizienz des photokatalytischen Abbaus der in 2.1 entwickelten Photokatalysatoren soll mit einem geeigneten Testsystem untersucht werden, ob auch eine biologische Wirkung induziert wird. Eine Testung muss über den gesamten Behandlungsstrang erfolgen, so dass Effekte im Zulauf und im Ablauf des photokatalytischen Reaktors sowie im Ablauf der nachgeschalteten biologischen Stufe gemessen werden können. Zusätzlich soll auch die direkte Exposition der Organismen mit den photokatalytischen Materialien analysiert werden. Hier wird der Fokus auf ausgewählten Algen aus der Algensammlung liegen. Die Anwendung standardisierter ökotoxikologischer Testverfahren erlaubt die Beurteilung möglicher schädlicher Wirkungen der verwendeten Partikel wie auch der nach der Photokatalyse entstandenen Transformationsprodukte. Für diesen Zweck sollen Standard-Testsysteme (Leuchtbakterien, Algen) etabliert werden, die ein schnelles Screening einiger toxischer Effekte ermöglichen. Weitere organismische Tests werden entweder mit ausgewählten Algen aus dem Gebiet der Algenforschung oder mit in der AG Sures bereits etablierten Organismen wie Daphnia magna, Caenorhabditis elegans und Marisa cornuarietis durchgeführt. Letztgenannte Testverfahren werden von der AG in die geplanten Arbeiten eingebracht.