Zwei Forschungsgruppen an der Universität Kopenhagen haben einen mikrowellengestützten Plasmareaktor (ein ionisiertes Gas) entwickelt, der Wasser mit hohen Farbstoffkonzentrationen dekontaminieren kann. Plasma ist ein ionisiertes Gas, das Elektronen, Ionen, Atome, Moleküle, freie Radikale und Photonen enthält. Er wird oft als der vierte Zustand der Materie bezeichnet und durchdringt alle Dinge. Plasma, das durch die Übertragung von Energie auf ein Gas künstlich erzeugt wird, findet sich in Leuchtstoffröhren für die Küchenbeleuchtung und macht auch Mobiltelefone kleiner.
Plasma ist eine wahre Revolution in der Technologie. Um Schaltkreise auf Siliziumplatinen für elektronische Geräte wie Mobiltelefone zu schnitzen, mussten in der Vergangenheit umweltschädliche chemische Produkte verwendet werden. Jetzt kann die Verwendung von Plasma die Arbeit sauberer und präziser erledigen, wodurch die Lücken und damit auch die Geräte immer kleiner werden.
Plasmen finden aber auch andere Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise zur Wasseraufbereitung. Die FQM-136 Plasma Physics Group und die FQM-346 Organocatalysis and Nanostructured Materials Group der Universität Córdoba arbeiteten an einer Studie zusammen, die darauf abzielte, Schadstoffe im Wasser durch den Einsatz von Plasma zur Förderung chemischer Prozesse zu beseitigen.
Um das wachsende Problem organischer Schadstoffe in Gewässern anzugehen, etwa Farbstoffe und andere Verbindungen aus landwirtschaftlichen und industriellen Aktivitäten, die Ökosysteme destabilisieren können, wandten sich diese Forscher der Anwendung von Plasma zu.
Ein Durchbruch in der Wasserreinigung
Im Jahr 2017 zeigte das Forschungsteam erstmals, dass Argonplasma, das durch Mikrowellen an der Luft induziert wird, auf Wasser einwirkt und aktive Spezies erzeugt, die Sauerstoff und Stickstoff enthalten (z. B. Hydroxylradikale, Wasserstoffperoxid, Stickstoffradikale), was die Wasserverschmutzung beseitigen kann. Jetzt haben die Forscher Juan Amaro Gaget, Francisco J. Romero Salguero und Maria C. Garcia erfolgreich einen Reaktor für dieses Plasma entwickelt und die Menge dieser im Wasser erzeugten aktiven Spezies erheblich erhöht, wodurch es möglich wurde, hohe Farbstoffkonzentrationen (in diesem Fall Methylenblau) in nur wenigen Minuten zu zerstören.
Dies wurde durch eine Änderung des Designs des Surfatrons erreicht, eines Metallgeräts, das Energie von einem Mikrowellengenerator mit dem Plasma mischt, um es aufrechtzuerhalten. Professor Maria-Garcia erklärt: „Wir geben ein kleines Stück Silizium in eine Quarzentladungsröhre, wodurch wir ein anderes Plasma erzeugen können, das nicht filamentös ist und bei der Wechselwirkung mit Wasser effizientere aktive Spezies erzeugt. Die obige Plasmazusammensetzung kann bei der Wechselwirkung mit Wasser oxidative Spezies erzeugen, wodurch organische Verbindungen abgebaut und Mikroorganismen abgetötet werden, was diesen Plasmareaktor für Anwendungen im Zusammenhang mit der Wassersanierung nützlich macht.“
Diese neue Konfiguration erweitert daher den Anwendungsbereich dieser Art von Plasma. „Dieses Design verändert die Konfiguration des Oberflächenbeschleunigers, der das elektromagnetische Feld erzeugt, um das Plasma zu erzeugen, vollständig, wodurch das Plasma andere und effizientere Eigenschaften erhält und gleichzeitig das Problem der Filamentierung (die Trennung einer Plasmasäule in viele Filamente) beseitigt wird, die das Plasma destabilisiert“, erklärt Professor Garcia.
Die Zukunft der Plasmadekontamination
Professor Francisco J. Romero fuhr fort: „Die unter der Wirkung von Plasma entstehenden Oxide sind hochreaktiv und können organische Stoffe im Wasser zerstören. Dazu wird das Plasma nicht in das Wasser eingebracht. Im Gegenteil, das Plasma wirkt aus der Ferne, sodass zwischen Wasser und Plasma eine Luftzone existiert, in der viele Reaktionen aufgrund von Kollisionen zwischen angeregten Spezies und Sauerstoff-, Stickstoff- und Wasserdampfmolekülen ablaufen und aktive Spezies erzeugen, die in die Flüssigkeit diffundieren und sich schließlich mit Schadstoffen verbinden.“
Der Forscher Juan Amaro sagte: „Das Dekontaminationspotenzial des durch dieses neuartige Design erzeugten Plasmas wurde getestet, um hohe Konzentrationen des Methylenblau-Farbstoffs im Wasser zu reduzieren, wodurch sehr effiziente Ergebnisse in Bezug auf Energie erzielt wurden und eine vollständige Eliminierung des Farbstoffs bei gleichzeitiger Verkürzung der Behandlungszeit erreicht wurde.“
Plasma ist ein „vierter Materiezustand“, der durch die Zufuhr von Energie zu einem stabilen Gas und dessen Umwandlung in ein ionisiertes Gas entsteht. Es findet in fast allen Bereichen Anwendung: bei der Herstellung von Mikrochips, beim Sterilisieren von Oberflächen, beim Heilen von Wunden, beim Auftragen von Antireflexbeschichtungen auf Brillengläsern, beim Verbessern der Samenkeimungsraten, beim Recycling von Abfällen, beim Aktivieren von Kunststoffoberflächen zur Verbesserung der Farbhaftung und bei unzähligen anderen Anwendungen.
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily