UV-Strahlung zur Desinfektion und Reinigung von Luft und Oberflächen (Prof. Dr. Thomas Jüstel / Dr. Florian Baur)

Strahlung im UV-A/B/C Bereich, also mit Wellenlängen zwischen 200 und 380 nm, wird neben der Photochemie und -medizin vor allem zur Desinfektion bzw. Reinigung von Luft, Oberflächen und Wasser eingesetzt. Zurzeit werden dafür fast ausschließlich Quecksilber-Gasentladungsquellen verwendet, da die entsprechenden Strahler eine hohe Energieeffizienz von 30-40% und eine Lebensdauer von bis zu 15.000 h erreichen. Allerdings ist der Einsatz von Quecksilber nicht nur wegen der Giftigkeit des Metalls problematisch, sondern auch wegen der Notwendigkeit das Quecksilber beim Start des Strahlers zu verdampfen. Der Strahler lässt sich daher nicht schnell ab- und wieder anschalten und zeigt zudem eine starke Temperaturabhängigkeit.

Darum sucht man seit geraumer Zeit alternative Technologien, um UV-Strahlung ohne den Einsatz von Quecksilber zu erzeugen. Dazu gehören LEDs, Xe-Excimer-Gasentladungsstrahler, sowie Röntgenquellen und Kathodenstrahlquellen.

LEDs mit der chemischen Zusammensetzung (Al,Ga)N können unmittelbar im Wellenlängenbereich von etwa 260 bis 380 nm strahlen. Dagegen emittieren Xe-Excimerstrahler im sehr kurzwelligen UV (Vakuum-UV, VUV) bei 147 und 172 nm, weshalb ihre Emission durch geeignete Leuchtstoffe in die gewünschte UV-A/B/C Strahlung umgewandelt werden muss. Dies geschieht, indem der Excimerstrahler mit Leuchtstoffen beschichtet wird, wie man es von herkömmlichen Leuchtstoffröhren kennt. Analog gilt dies für Röntgenröhren, hier muss die Röntgenstrahlung von Leuchtstoffen in UV-Strahlung umgewandelt werden.

Welche Wellenlänge benötigt wird, hängt sehr vom Anwendungsfall ab. Zur Desinfektion oder Reinigung ist meist Strahlung zwischen 190 und 280 nm erforderlich. Der gewählte Leuchtstoff muss also UV-Strahlung dieser Wellenlänge emittieren. Da die Leuchtstoffe aufgrund der ständigen Bestrahlung mit VUV bzw. Röntgenstrahlung recht harschen Bedingungen ausgesetzt sind, müssen sie eine hohe Stabilität aufweisen. Die Suche nach solchen stabilen anorganischen Materialien ist seit vielen Jahren Gegenstand der globalen Leuchtstoffforschung. Eine weitere Möglichkeit ist die Stabilisierung von Leuchtstoffen mit Hilfe von Partikelbeschichtungen.

Im angekündigten Vortrag wird nach einer Einführung bzgl. der Wirkung von UV-Strahlung auf Mikroorganismen und Mikroschadstoffen der aktuelle Stand der Forschung an UV-Strahlungsquellen erläutert. Zudem wird das Potential neuer Technologien hinsichtlich der Desinfektion und Reinigung von Luft, Oberflächen und Wasser diskutiert und die Vor- und Nachteile gegenüber Quecksilber-Strahlern herausgearbeitet.

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