Selbstreinigend durch Sonnenlicht Mehr als nur weiß: Neue Wandfarbe baut Schadstoffe ab

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Eine weiße Wandfarbe, die nie vergilbt und nebenbei auch noch die Raumluft von Schadstoffen befreit: An dieser Entwicklung haben Forscher aus Österreich und Italien mitgewirkt. Mithilfe von photokatalytisch aktiven Titanoxid-Partikeln verleihen sie gewöhnlicher Wandfarbe diese besonderen Eigenschaften. Als Ausgangsstoff für die Partikel nutzen sie Metallabfälle und Olivenlaub.

Strahlend weiße Wandfarbe bleibt meistens nicht für immer strahlend weiß. Oft lagern sich verschiedene Substanzen aus der Luft an der Oberfläche an. Das kann durchaus ein gewünschter Effekt sein, weil dadurch die Luft kurzzeitig sauberer wird – doch im Lauf der Zeit verfärbt sich dadurch die Farbe und muss erneuert werden.

Einem Forschungsteam der TU Wien und der italienischen Università Politecnica delle Marche gelang es nun, spezielle Titanoxid-Nanopartikel zu entwickeln, die gewöhnlicher, kommerziell erhältlicher Wandfarbe hinzufügt werden, um ihr Selbstreinigungskräfte zu verleihen: Die Partikel sind photokatalytisch aktiv, sie können das Licht der Sonne nutzen, um Substanzen aus der Luft nicht nur zu binden, sondern anschließend auch zu zersetzen. Die Wand macht die Luft sauberer – und reinigt sich gleichzeitig selbst.

Titanoxid-Nanopartikel für Wandfarbe angepasst

In der Raumluft kommen unterschiedliche Schadstoffe vor – von Rückständen von Putzmitteln und Hygieneartikeln bis hin zu Molekülen, die beim Kochen entstehen, oder die von Materialien wie Leder abgegeben werden. In manchen Fällen kann das sogar zu Beschwerden führen, bekannt als „Sick Building Syndrom“.

„Schon seit Jahren versucht man, spezielle Wandfarben zum Reinigen der Luft zu verwenden“, sagt Prof. Günther Rupprechter vom Institut für Materialchemie der TU Wien. „Titanoxid-Nanopartikel sind in diesem Zusammenhang besonders interessant. Sie können ein breites Spektrum von Schadstoffen binden und abbauen.“

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Doch gewöhnliche Titanoxid-Nanopartikel beeinträchtigen die Haltbarkeit der Farbe: Genau wie Schadstoffe von den Partikeln zersetzt werden, kann Titanoxid auch die Farbe selbst instabil und rissig machen. Im schlimmsten Fall werden sogar flüchtige organische Moleküle freigesetzt, die ihrerseits gesundheitsschädlich sein können. Nach einer gewissen Zeit wird die Farbschicht grau und unansehnlich, spätestens dann muss sie erneuert werden.

Die Nanopartikel können sich als Photokatalysator allerdings selbst reinigen, wenn sie mit reinem UV-Licht bestrahlt werden. UV-Strahlung lässt in den Partikeln freie Ladungsträger entstehen, mit deren Hilfe die eingefangenen Schadstoffe aus der Luft zersetzt und wieder abgegeben werden. So werden die Schadstoffe unschädlich gemacht, bleiben aber nicht dauerhaft an der Wandfarbe angelagert. Ergebnis: Die Wandfarbe bleibt langfristig stabil.

Sonnenlicht für Reinigungseffekt nutzbar gemacht

In der Praxis nützt die Selbstreinigung der Partikel allerdings wenig – schließlich wäre es äußerst aufwändig, die Wand immer wieder mit intensivem UV-Licht zu bestrahlen, um den Selbstreinigungsprozess aufrecht zu erhalten. „Unser Ziel war es daher, diese Partikel so zu verändern, dass der photokatalytische Effekt auch durch gewöhnliches Sonnenlicht hervorgerufen werden kann“, erklärt Studienleiter Rupprechter.

Das gelingt, indem die Wissenschaftler den Titanoxid-Nanopartikeln bestimmte zusätzliche Atome beimischen, etwa Phosphor, Stickstoff und Kohlenstoff. Dadurch ändern sich die Lichtfrequenzen, die von den Partikeln aufgenommen werden – statt nur durch UV-Strahlung, wird die Photokatalyse dann auch durch Licht aus dem sichtbaren Spektrum ausgelöst.

96 Prozent Schadstoffentfernung

„Wir haben dieses Phänomen nun sehr detailliert mit einer Vielzahl unterschiedlicher Oberflächen- und Nanopartikel-Analysemethoden untersucht“, sagt Qaisar Maqbool, der Erstautor der Studie. „So konnten wir zeigen, wie sich diese Partikel genau verhalten, vor und nachdem sie der Wandfarbe zugefügt wurden.“

Das Forschungsteam mischte die modifizierten Titanoxid-Partikel handelsüblicher Wandfarbe bei und überspülte eine damit bemalte Oberfläche mit einer schadstoffhaltigen Lösung. Durch Sonnenlicht wurden anschließend 96 Prozent der Schadstoffe abgebaut. Die Farbe selbst verändert sich dabei nicht – weil die Schadstoffe nicht bloß gebunden, sondern mithilfe von Sonneneinstrahlung auch zersetz werden.

Müll als Rohstoff

Für den kommerziellen Erfolg solcher Farben ist es auch wichtig, dass keine allzu teuren Grundstoffe notwendig sind. „In der Katalyse verwendet man beispielsweise Edelmetalle wie Platin oder Gold. In unserem Fall reichen aber Elemente, die überall leicht verfügbar sind: Um Phosphor, Stickstoff und Kohlenstoff zu gewinnen, haben wir getrocknetes Laub von Olivenbäumen verwendet, das Titan für die Titanoxid-Partikel haben wir aus Metallabfällen gewonnen, die normalerweise einfach weggeworfen werden“, sagt Rupprechter.

Die neue Wandfarbe vereint also mehrere Vorteile gleichzeitig: Sie kann Schadstoffe aus der Luft unschädlich machen, sie hält länger als andere Farben – und sie ist sogar auch noch rohstoffschonend in der Herstellung und kann aus recycelten Materialien gewonnen werden. Weitere Experimente dazu werden durchgeführt, eine Kommerzialisierung der Wandfarbe ist geplant.

Originalpublikation: Qaisar Maqbool, Orlando Favoni, Thomas Wicht, Niusha Lasemi, Simona Sabbatini, Michael Stöger-Pollach, Maria Letizia Ruello, Francesca Tittarelli, Günther Rupprechter: Highly stable self-cleaning paints based on waste-valorized PNC-doped TiO2 nanoparticles ACS Catalysis, ACS Catal. 2024, 14, XXX, 4820–4834, Publication Date:March 15, 2024; DOI: 10.1021/acscatal.3c06203

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