WO2024251714A1

WO2024251714A1 - Photoaktives bauelement, photoaktives system, verfahren zur reinigung eines mediums und verfahren zur spaltung eines bestandteils eines mediums

Info

Publication number: WO2024251714A1
Application number: PCT/EP2024/065289
Authority: WO
Inventors: Daniel Richter
Original assignee: Ams Osram International GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2023-06-06
Filing date: 2024-06-04
Publication date: 2024-12-12
Anticipated expiration: 2025-12-06
Also published as: DE102023114872A1

Abstract

Es wird eine photoaktives Bauelement angegeben. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das photoaktive Bauelement ein Raumvolumen, das von Seitenflächen begrenzt ist, wobei zumindest eine Seitenfläche eine semipermeable Membran umfasst, und photokatalytische Partikel in dem Raumvolumen, wobei die photokatalytischen Partikel in dem Raumvolumen frei beweglich sind. Insbesondere weist das photoaktive Bauelement eine interne Strahlungsquelle auf, die eine Mikro-LED oder eine Mikro-LED-Anordnung umfasst. Weiterhin wird ein photoaktives System umfassend eine externe Strahlungsquelle, die insbesondere eine Mikro-LED oder eine Mikro-LED-Anordnung umfasst, angegeben. Weiterhin werden ein Verfahren zur Reinigung eines Mediums und ein Verfahren zur Spaltung eines Bestandteils eines Mediums angegeben.

Description

Beschreibung

PHOTOAKTIVES BAUELEMENT , PHOTOAKTIVES SYSTEM, VERFAHREN ZUR REINIGUNG EINES MEDIUMS UND VERFAHREN ZUR SPALTUNG EINES

BESTANDTEILS EINES MEDIUMS

Es wird ein photoaktives Bauelement angegeben . Ferner werden ein photoaktives System, ein Verfahren zur Reinigung eines Mediums und ein Verfahren zur Spaltung eines Bestandteils eines Mediums angegeben .

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein photoaktives Bauelement mit einer erhöhten Ef fi zienz anzugeben . Weitere Aufgaben sind, ein photoaktives System mit einer erhöhten Ef fi zienz sowie ein Verfahren zur ef fi zienten Reinigung eines Mediums und ein Verfahren zur ef fi zienten Spaltung eines Bestandteils eines Mediums bereitzustellen .

Es wird ein photoaktives Bauelement angegeben . Das photoaktive Bauelement ist insbesondere dazu eingerichtet , einen Bestandteil eines Mediums , das das photoaktive Bauelement durchströmt , unter Einwirkung elektromagnetischer Strahlung aus diesem zu entfernen . Dies geschieht beispielsweise durch Zersetzung, Spaltung und/oder Desaktivierung des Bestandteils im photoaktiven Bauelement . Dabei kann ein Reaktionsprodukt , insbesondere eine chemische Verbindung wie beispielsweise Wasserstof f , Sauerstof f und/oder Stickstof f entstehen . Beispielsweise ist das photoaktive Bauelement ein Filterelement zur Reinigung eines Mediums oder eine Photolysezelle zur Spaltung eines Bestandteils des Medium . Das Medium ist insbesondere ein Fluid, beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gas . Das Medium kann weitere Bestandteile wie Verunreinigungen, beispielsweise in Form von Partikeln, Keimen, Schadstof fen und/oder Mikroplastik, aufweisen oder frei von Verunreinigungen sein . Beispielsweise ist das Medium Ammoniak, Wasser, verunreinigtes Wasser oder verunreinigte Luft .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das photoaktive Bauelement ein Raumvolumen, das von Seitenflächen begrenzt ist . Das Raumvolumen ist insbesondere ein dreidimensionaler Raum, der von Seitenflächen umgeben ist . Die Seitenflächen können Seitenwände und/oder Begrenzungen umfassen, die teilweise oder vollständig die Seitenflächen abdecken . Alternativ können die Seitenflächen auch teilweise oder vollständig frei von Seitenwänden und/oder Begrenzungen sein . Insbesondere umfassen alle Seitenflächen Seitenwände und/oder Begrenzungen, die vollständig die Seitenflächen abdecken . Beispielsweise ist eine Form des Raumvolumens so gewählt , dass Flusseigenschaften des Mediums , das das Raumvolumen durchströmt , optimiert sind .

Hier und im Folgenden ist unter einer Seitenwand eine physische Abgrenzung zu verstehen, die vollständig undurchlässig für das Medium und seine Bestandteile ist . Hier und im Folgenden ist unter einer Begrenzung eine physische Abgrenzung zu verstehen, die im Gegensatz zu einer Seitenwand nicht notwendigerweise vollständig undurchlässig für das Medium und seine Bestandteile ist . Beispielsweise ist unter einer Begrenzung vorliegend eine Schicht , die Öf fnungen oder Größenperforierungen wie beispielsweise Poren aufweist , zu verstehen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst zumindest eine

Seitenfläche eine semipermeable Membran . Insbesondere ist die semipermeable Membran eine Begrenzung, die die zumindest eine Seitenfläche teilweise oder vollständig abdeckt .

Eine Membran ist eine Schicht eines Materials , die den Stof f transport durch diese Schicht beeinflusst . Eine semipermeable Membran weist die Eigenschaft auf , halbdurchlässig oder teilweise durchlässig zu sein . Mit anderen Worten lässt eine semipermeable Membran nur ein Teil eines auf sie auf tref f enden Gemisches durch und hält den restlichen Teil des Gemisches zurück . Insbesondere ist eine semipermeable Membran nur durchlässig für Moleküle unterhalb einer bestimmten Molmasse oder für Kolloide oder Partikel unterhalb einer bestimmten Größe . Beispielsweise ist eine semipermeable Membran für das Medium und seine Bestandteile durchlässig, nicht aber für sich in dem photoaktiven Bauelement befindende Partikel .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das photoaktive Bauelement photokatalytische Partikel in dem Raumvolumen . Insbesondere sind die photokatalytischen Partikel in dem Raumvolumen lokalisiert . Photokatalytische Partikel sind Partikel , die eine durch elektromagnetische Strahlung ausgelöste chemische Reaktion beschleunigen können . Mit anderen Worten handelt es sich um Partikel , die als Katalysator für eine chemische Reaktion fungieren, die durch Anregung mit elektromagnetische Strahlung induziert wird .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form sind die photokatalytischen Partikel in dem Raumvolumen frei beweglich . Mit anderen Worten können sich die photokatalytischen Partikel in dem Raumvolumen frei bewegen und ihre Position relativ im Raumvolumen verändern . Insbesondere sind die photokatalytischen Partikel nicht auf Oberflächen, beispielsweise auf Oberflächen von Seitenwänden und/oder Begrenzungen, fixiert . Mit anderen Worten liegen die photokatalytischen Partikel im Raumvolumen exponiert vor . Insbesondere liegt eine Oberfläche , insbesondere die gesamte Oberfläche , der photokatalytischen Partikel vollständig frei zugänglich vor .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das photoaktives Bauelement ein Raumvolumen, das von Seitenflächen begrenzt ist , wobei zumindest eine Seitenfläche eine semipermeable Membran umfasst , und photokatalytische Partikel in dem Raumvolumen, wobei die photokatalytischen Partikel in dem Raumvolumen frei beweglich sind .

Einem solchen photoaktiven Bauelement liegt die Idee zugrunde , photokatalytische Partikel im Raumvolumen zu exponieren . Die Exposition der photokatalytischen Partikel im Raumvolumen maximiert die Wechselwirkung zwischen den photokatalytische Partikeln und Bestandteilen des Mediums . Die freie Beweglichkeit der photokatalytischen Partikel im Raumvolumen führt dazu, dass die photokatalytischen Partikel bei Verwendung des photoaktives Bauelements vollständig vom Medium, dass das photoaktives Bauelement durchströmt , umgeben sind und dadurch ein hochef fi zienter Wirkungsquerschnitt erreicht wird . Dadurch, dass die photokatalytischen Partikel im Raumvolumen exponiert vorliegen, steht die Oberfläche der photokatalytischen Partikel vollständig als Interaktions fläche mit den Bestandteilen des Mediums zur Verfügung .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Raumvolumen die Form eines Zylinders auf . Insbesondere weist das Raumvolumen die Form eines Kreis zylinders auf . Zumindest eine der Seitenflächen des Kreis zylinders umfasst eine semipermeable Membran . Beispielsweise umfasst die Grundfläche und/oder die Deckfläche eine semipermeable Membran . Alternativ oder zusätzlich zur Grundfläche und/oder Deckfläche umfasst die Mantel fläche eine semipermeable Membran . Beispielsweise handelt es sich bei dem photoaktiven Bauelement um ein Rohr oder ein Rohrstück, dass das Raumvolumen umgibt . Dabei kann eine Außenwand des Rohrs oder Rohrstücks eine Seitenfläche oder einen Teil einer Seitenfläche des Raumvolumens , insbesondere der Mantel fläche , als Seitenwand begrenzen . Ein photoaktives Bauelement mit einem Raumvolumen in der Form eines Zylinders lässt sich besonders einfach als Einbau-Element ausbilden, das mit einem bestehenden Rohrsystem verbunden werden kann, beispielsweise mithil fe eines Flansches .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist eine Ausdehnung des Raumvolumens eine Funktion einer Anzahl der photokatalytischen Partikel . Mit anderen Worten ist die Anzahl der photokatalytischen Partikel abhängig von der Ausdehnung des Raumvolumens . Die Ausdehnung des Raumvolumens ist insbesondere der Durchmesser oder die Höhe eines zylinderförmigen Raumvolumens . Je größer die Ausdehnung des Raumvolumens ist , desto größer ist beispielsweise die Anzahl an photokatalytischen Partikeln im Raumvolumen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Filterelement ein Gehäuse auf . Das Gehäuse kann die Form eines Rohrs aufweisen . Das Gehäuse kann einen Strömungskanal radial umgeben oder definieren, durch den das Medium strömen kann . Insbesondere ist das Raumvolumen, beispielsweise vollständig, innerhalb des Gehäuses angeordnet . Beispielsweise weist das Gehäuse ein oder mehrere Seitenwände auf oder besteht daraus . Die Seitenwände des Gehäuses können Seitenflächen des Raumvolumens zumindest teilweise bedecken . Alternativ können eine oder mehrere Seitenwände des Gehäuses beabstandet zum Raumvolumen angeordnet sein . Das Gehäuse kann undurchlässig für das Medium sein . Das Gehäuse kann Metall oder Kunststof f aufweisen oder daraus bestehen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfassen zumindest zwei Seitenflächen des Raumvolumens eine semipermeable Membran . Die Seitenflächen, die j eweils eine semipermeable Membran umfassen, können benachbart zueinander angeordnet sein und/oder einander gegenüberliegen . In diesem Zusammenhang bedeutet benachbart , dass die beiden Seitenflächen eine gemeinsame Kante aufweisen . Gegenüberliegen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Ebenen der Seitenflächen parallel sind . Insbesondere ist eine erste semipermeable Membran so an einer ersten Seitenfläche angeordnet , dass das Medium durch sie in das Raumvolumen hineinströmt , und eine zweite semipermeable Membran ist so an einer zweiten Seitenfläche angeordnet , dass das Medium durch sie aus dem Raumvolumen hinausströmt . Mit semipermeablen Membranen an zumindest zwei Seitenflächen des Raumvolumens wird vorteilhafterweise ein gleichmäßiger Durchfluss des Mediums durch das photoaktive Bauelement ermöglicht .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die laterale Beweglichkeit der photokatalytischen Partikel durch die semipermeable Membran begrenzt . Insbesondere ist die semipermeable Membran nicht durchlässig für die photokatalytische Partikel , sodass die photokatalytischen Partikel die semipermeable Membran nicht passieren können . Somit sind die photokatalytische Partikel innerhalb des Raumvolumens lokalisiert und können sich lediglich innerhalb des Raumvolumens , nicht aber außerhalb des Raumvolumens frei bewegen . Mit anderen Worten ist das Raumvolumen ein Bereich mit einer hohen Dichte an photokatalytischen Partikel , während Bereiche außerhalb des Raumvolumens keine oder nur eine sehr geringe Dichte an photokatalytischen Partikeln aufweisen . Die semipermeable Membran ist insbesondere durchlässig für das Medium, sodass die laterale Beweglichkeit des Mediums nicht durch die semipermeable Membran begrenzt wird . Folglich kann das Medium das Raumvolumen mit dem darin angeordneten photokatalytische Partikeln durchströmen, sodass vorteilhafterweise eine Wechselwirkung zwischen dem Medium und den photokatalytische Partikeln ausschließlich innerhalb des Raumvolumens stattfindet . Mit anderen Worten ist die Wirkung der photokatalytischen Partikel im Raumvolumen lokalisiert .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die semipermeable Membran aus einem Metall , einer strukturierten Keramik, einem Glas wie beispielsweise einem Silikatglas , oder einem Polymer oder Kunststof f wie beispielsweise Polyethylen hoher Dichte ( engl . high-density polyethylene , HDPE ) . Insbesondere ist die Membran aus einem Metall , beispielsweise aus Edelstahl .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die semipermeable Membran eine Dicke von einschließlich 50 pm bis einschließlich 1 mm, insbesondere von einschließlich 100 pm bis einschließlich 300 pm, auf .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die semipermeable Membran Poren auf . Unter Poren werden in diesem Zusammenhang Größenperforierungen oder Öf fnungen in der Membran verstanden . Insbesondere weisen die Poren einen Durchmesser von einschließlich 500 nm bis einschließlich 150 pm, beispielsweise von einschließlich 1 pm bis einschließlich 150 pm oder von einschließlich 5 pm bis einschließlich 30 pm, auf . Insbesondere weisen die Poren in einer semipermeablen Membran aus Metall oder einer strukturierten Keramik einen Durchmesser von einschließlich 1 pm bis einschließlich 150 pm, beispielsweise von einschließlich 5 pm bis einschließlich 30 pm, auf . Die Poren in einer semipermeablen Membran aus einem Glas können einen geringeren Durchmesser aufweisen, insbesondere einen Durchmesser von weniger als 1 pm, beispielsweise einen Durchmesser von 500 nm .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weisen die photokatalytischen Partikel einen Durchmesser von einschließlich 50 nm bis einschließlich 5 mm, insbesondere von einschließlich 5 pm bis einschließlich 50 pm, auf . Beispielsweise weisen photokatalytische Partikel , die aus einem photoaktiven Material bestehen, einen Durchmesser von 50 nm auf . Insbesondere handelt es sich bei den photokatalytischen Partikeln um Cluster aus Partikeln aus einem photoaktiven Material oder um mit einem photoaktiven Material beschichtete Grundkörper . Durch die Größe des Grundkörpers kann der Durchmesser der photokatalytischen Partikel definiert und adaptiert werden . Beispielsweise weisen die photokatalytischen Partikel , die Cluster oder beschichtete Grundkörper sind, einen Durchmesser von einschließlich 5 pm bis einschließlich 50 pm auf .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist ein Durchmesser der Poren kleiner als ein Durchmesser der photokatalytischen Partikel . Mit anderen Worten sind die photokatalytischen Partikel größer als die Poren der semipermeablen Membran . Insbesondere ist der Durchmesser der größten Pore kleiner als der Durchmesser des kleinsten photokatalytischen Partikels . Dadurch wird eine Lokalisation der photokatalytischen Partikel im Raumvolumen erreicht . Insbesondere ist der Durchmesser der Poren eine Funktion des Durchmessers der photokatalytische Partikel derart , dass der Durchmesser der photokatalytische Partikel den Durchmesser der Poren für eine Lokalisation der photokatalytische Partikel im Raumvolumen bedingt . Je kleiner die photokatalytischen Partikel sind, desto kleiner sind die Poren in der semipermeable Membran, damit die photokatalytischen Partikel die semipermeable Membran nicht passieren können . I st ein Durchmesser der Poren kleiner als ein Durchmesser der photokatalytischen Partikel , tritt kein oder nahezu kein Verlust der photokatalytische Partikel aus dem Raumvolumen auf . Somit wird vorteilhafterweise die Lebensdauer des photoaktiven Bauelements verlängert .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfassen die photokatalytischen Partikel ein photoaktives Material oder bestehen daraus . Insbesondere ist das photoaktive Material ein Halbleitermaterial , in dem einfallende elektromagnetische Strahlung Elektron-Loch-Paare erzeugt , sofern die Energie der einfallenden Photonen größer ist als die Bandlücke E_g des Halbleitermaterials . Die Elektronen oder Löcher können im Halbleitermaterial an die Oberfläche di f fundieren und erzeugen dort Radikale , die zur Zersetzung von Bestandteilen des Mediums führen . Insbesondere die Löcher haben eine hohe oxidative Wirkung . So werden beispielsweise OH-Radikale aus Wasser (H₂0) gebildet . Die Bestandteile des Mediums können dadurch zersetzt werden . Endprodukte sind in vielen Fällen C0₂ , Wasser, Wasserstof f , Stickstof f oder Sauerstof f .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfassen die photokatalytischen Partikel j eweils einen Grundkörper, auf dessen Außenflächen ein photoaktives Material aufgebracht ist. Der Grundkörper ist beispielsweise mit Glas gebildet. Der Grundkörper kann als Hohlkörper ausgeführt sein. Das photoaktive Material ist insbesondere in Form von Partikeln auf dem Grundkörper angeordnet. Alternativ kann das photoaktive Material als Schicht auf dem Grundkörper angeordnet sein. Zwischen dem Grundkörper und dem photoaktiven Material ist insbesondere eine Haftschicht angeordnet. Die Haftschicht ist insbesondere dazu eingerichtet, eine Haftung des photoaktiven Materials auf dem Grundkörper zu erhöhen.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das photokatalytisch aktive Material Titandioxid, Halbleitermaterialien basierend auf dO- Übergangsmetallkationen und/oder metallorganische Gerüste. Titandioxid wird insbesondere in Anatas-Form verwendet. In dieser Kristallstruktur weist Titandioxid eine besonders hohe photokatalytische Aktivität auf. Die Bandlücke E_g von Anatas liegt bei 3,2 eV. Dies entspricht einer Wellenlänge von etwa 390 nm. Bei der weniger effizienten Kristallstruktur Rutil des Titandioxids liegt die Bandlücke E_g bei etwa 3,0 eV. Insbesondere ist das Titandioxid dotiert mit einem Metall, wie Ag, Pt, Fe, Gr, Co, Mo oder V, oder mit einem Nichtmetall, wie B, C, N, S oder F. Mittels einer Dotierung kann ein Anregungsspektrum vorteilhaft vergrößert werden. Als dO-Übergangsmetallkationen werden beispielsweise Ta⁵⁺ oder Nb⁵⁺, Nitride oder Oxide von Ga³⁺, In³⁺ oder Bi³⁺ eingesetzt. Metallorganische Gerüste (englisch: Metal Organic Frameworks, kurz MOFs) sind beispielsweise MOF-5, UiO-66 oder UiO- 66 (NH₂) .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst zumindest ein photokatalytisches Partikel eine Oberflächenmodifikation. Insbesondere beinhaltet die Oberflächenmodi fikation eine Veränderung der Oberfläche des photokatalytischen Partikels , die dessen Eigenschaften beeinflusst . Beispielsweise handelt es sich bei der Oberflächenmodi fikation um eine Beschichtung mit einer Fluorverbindung . Insbesondere ist die Oberflächenmodi fikation dazu eingerichtet , eine Separierung von einzelnen photoaktiven Strukturen zu begünstigen, um ein Aufschwimmen in einem Lösungsmittel zu erleichtern . Fluorchemische Beschichtungen erzeugen beispielsweise eine mechanische Spannung zwischen den photoaktiven Strukturen und einem sie umgebenden Matrixmaterial . Fluorchemische Beschichtungen erhöhen beispielsweise die Hydrophobie von retroreflektierenden Mikrokugeln . Photokatalytische Partikel mit einer Oberflächenmodi fikation weisen vorteilhafterweise eine verbesserte Beweglichkeit im Raumvolumen auf .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst zumindest ein photokatalytisches Partikel einen Co-Katalysator . Insbesondere umfasst zumindest ein photokatalytisches Partikel ein photoaktives Material und einen Co-Katalysator . Der Co-Katalysator beeinflusst die Aktivität oder Selektivität des photokatalytischen Partikels , insbesondere des photoaktiven Materials . Insbesondere wirken das photoaktive Material und der Co-Katalysator während der Verwendung des photoaktiven Bauelements derart zusammen, dass die photokatalysierte Reaktion, beispieslweise die Geschwindigkeit der photokatalysierten Reaktion, verbessert wird . Der Co-Katalysator kann in Partikel form vorliegen . Der Co-Katalysator kann an dem photoaktiven Material und/oder einem Grundkörper angeordnet sein . Beispielsweise ist der Co- Katalysator im direkten physikalischen Kontakt mit dem photoaktiven Material und/oder einem Grundkörper angeordnet . Insbesondere wird ein photokatalytischer Partikel mit einem Co-Katalysator für photoaktive Bauelemente , die eine Photolysezelle sind, verwendet . Das photokatalytische Partikel mit dem Co-Katalysator ermöglicht dabei die photokatalytisch moderierte Spaltung eines Bestandteils des Mediums . Insbesondere umfasst das photoaktive Material ein Metalloxid und der Co-Katalysator umfasst ein Metall oder ein Metalloxid . Beispielsweise ist das photoaktive Material lanthandotiertes KTaOa und der Co-Katalysator ist NiO oder das photoaktive Material ist GaN : ZnO und der Co-Katalysator ist chromdotiertes RhO_x .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Raumvolumen eine Struktur . Mit anderen Worten ist die Struktur, insbesondere vollständig, innerhalb des Raumvolumens angeordnet . Insbesondere ist die Struktur ein länglicher Körper, der sich entlang einer Mittellinie erstreckt . Die Mittellinie kann eine gerade oder eine gekrümmte Linie sein . Eine maximale Ausdehnung der Struktur senkrecht zur Mittellinie ist kleiner, zum Beispiel höchstens halb so groß oder höchstens 1 / 4 so groß oder höchstens 1 / 10 so groß wie die Länge der Struktur, also ihrer Ausdehnung entlang der Mittellinie . Der Querschnitt der Struktur bei einem Schnitt senkrecht zur Mittellinie ist beispielsweise rund, oval , rechteckig, quadratisch oder hexagonal . Eine oder mehrere semipermeable Membrane können an Stirnflächen an den längsseitigen Enden der Struktur angeordnet sein .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die Struktur eine Viel zahl von Durchführungen . Insbesondere ist die Struktur von den Durchführungen durchdrungen . Beispielsweise sind die Durchführungen länglich ausgebildet . Insbesondere erstreckt sich eine Mittellinie der Durchführungen parallel zur Mittellinie der Struktur . Die Durchführungen können radial vollständig von der Struktur umgeben sein . Eine Länge der Durchführungen, gemessen entlang der Mittellinie , ist beispielsweise größer, zum Beispiel zumindest doppelt oder zumindest zehnmal so groß , wie ihre maximale Ausdehnung senkrecht zur Mittellinie . Die Durchführungen können paarweise parallel zueinander verlaufen . Mit anderen Worten bilden die entsprechenden Mittellinien Parallelkurven . Die Durchführungen sind zum Beispiel äquidistant zueinander angeordnet . Beispielsweise sind die Durchführungen in einem Rechteckmuster oder in einem hexagonalen Muster (Honigwabenmuster ) angeordnet .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form sind die Durchführungen zur Durchströmung mit dem Medium eingerichtet . Das heißt , der Durchmesser der Durchführungen ist groß genug gewählt , dass das Medium hindurchströmen kann . Beispielsweise ist der Durchmesser zumindest 0 , 5 mm oder zumindest 1mm und/oder höchstens 10 mm oder höchstens 5 mm . Die Durchführungen weisen beispielsweise einen runden, ovalen, rechteckigen, quadratischen oder hexagonalen Querschnitt auf . Der Querschnitt meint hier einen Schnitt senkrecht zu einer Mittellinie der Durchführung . Eine Viel zahl von Durchführungen, die zur Durchströmung mit dem Medium eingerichtet sind, bewirken vorteilhafterweise eine laminare Strömung des Mediums durch das photoaktive Bauelement .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form sind die photokatalytischen Partikel in den Durchführungen angeordnet . Insbesondere sind die photokatalytischen Partikel in den Durchführungen frei beweglich . Insbesondere sind in j eder der Durchführungen photokatalytische Partikel angeordnet . Die Lokalisation von den photokatalytischen Partikeln in den Durchführungen führt dazu, dass die photokatalytischen Partikel in dem Raumvolumen in mehreren, durch die Durchführungen definierten Bereichen angeordnet sind . Dadurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass ein Großteil oder das gesamte das Raumvolumen durchströmende Medium in direkten Kontakt mit den photokatalytischen Partikeln gelangt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die Struktur transparent für elektromagnetische Strahlung . Insbesondere ist die Struktur transparent für UV-Strahlung, zum Beispiel UVA- und/oder UVB- und/oder UVC-Strahlung, und/oder elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich . Hier und im Folgenden gilt als UV- Strahlung der Spektralbereich von 10 nm bis 380 nm und als elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich der Spektralbereich von 380 nm bis 780 nm . Zum Beispiel umfasst oder besteht die Struktur aus einem oder mehreren der folgenden Materialien : Glas , UV (A, B, C ) - stabiles Polymer, Quarzglas ( englisch : fused silica ) . Die Struktur kann zusätzlich mit einem semitransparenten Material beschichtet sein .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die Struktur ein Wellenleiter . Insbesondere ist der Wellenleiter ein optischer Wellenleiter zur Führung von elektromagnetischer Strahlung . Der Wellenleiter kann für die Führung von UV-Strahlung, zum Beispiel UVA- und/oder UVB- und/oder UVC-Strahlung, und/oder für die Führung von elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich eingerichtet sein . Beispielsweise ist der Wellenleiter transparent für die genannte (n) Strahlung ( en) . Zum Beispiel umfasst oder besteht der Wellenleiter aus einem oder mehreren der folgenden Materialien : Glas , UV (A, B, C ) -stabiles Polymer, Quarzglas ( englisch : fused silica ) . Insbesondere weist der Wellenleiter eine Auskoppel fläche zur lateralen Auskopplung von Strahlung aus dem Wellenleiter auf . Eine als Wellenleiter ausgebildete Struktur führt vorteilhafterweise dazu, dass elektromagnetische Strahlung im Raumvolumen gleichmäßig bereitgestellt werden kann .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist eine reflektierende Schicht auf einer dem Raumvolumen zugewandten Seite der semipermeablen Membran angeordnet . Insbesondere bedeckt die reflektierende Schicht die semipermeable Membran vollständig . In diesem Zusammenhang ist vollständig so zu verstehen, dass die Poren der semipermeablen Membran frei von der reflektierenden Schicht sind . Eine reflektierende Schicht kann den Wirkungsquerschnitt des photoaktiven Bauelements vorteilhafterweise dadurch erhöhen, dass elektromagnetische Strahlung über Reflexion an der reflektierende Schicht das Raumvolumen mehrfach durchläuft .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form sind alle Seitenflächen des Raumvolumens zumindest teilweise von der reflektierenden Schicht bedeckt . Mit anderen Worten sind die Innenbereiche der Seitenflächen des Raumvolumens zumindest teilweise mit einer reflektierenden Schicht beschichtet . Insbesondere sind reflektierende Schichten auf der dem Raumvolumen zugewandten Seite der semipermeablen Membranen und auf allen Seitenwänden des Raumvolumens angeordnet . Beispielsweise sind alle Seitenflächen des Raumvolumens vollständig von der reflektierenden Schicht bedeckt . In diesem Zusammenhang ist vollständig so zu verstehen, dass Bereiche der Seitenflächen des Raumvolumens , die zur Bereitstellung von elektromagnetischer Strahlung in dem Raumvolumen eingerichtet sind, frei von der reflektierenden Schicht sein können . Eine reflektierende Schicht auf allen Seitenflächen des Raumvolumens kann den Wirkungsquerschnitt des photoaktiven Bauelements vorteilhafterweise weiter erhöhen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die reflektierende Schicht aus einem reflektierenden Material . Insbesondere ist das reflektierende Material dazu eingerichtet , elektromagnetische Strahlung zu reflektieren . Beispielsweise reflektiert das reflektierende Material UV-Strahlung, zum Beispiel UVA- und/oder UVB- und/oder UVC-Strahlung, und/oder elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich . Zum Beispiel umfasst oder besteht das reflektierende Material aus einem oder mehreren der folgenden Materialien : Aluminium oder einem Fluorpolymer wie beispielsweise Polytetrafluorethylen ( PTFE ) . Eine reflektierende Schicht aus Aluminium oder PTFE ist vorteilhafterweise zur Reflexion von UVC-Strahlung geeignet .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die reflektierende Schicht eine Dicke von einschließlich 100 nm bis einschließlich 10 pm, insbesondere von einschließlich 100 nm bis einschließlich 500 nm, oder von einschließlich 50 pm bis einschließlich 100 pm auf . Beispielsweise ist die reflektierende Schicht eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von einschließlich 100 nm bis einschließlich 10 pm, insbesondere von einschließlich 100 nm bis einschließlich 500 nm . An die Aluminiumschicht kann sich eine Passivierungsschicht anschließen, die dazu eingerichtet ist , das Aluminium vor Oxidation zu schützen . Insbesondere weist die Passivierungsschicht eine Dicke von einschließlich 100 nm bis einschließlich 500 nm, beispielsweise von 200 nm, auf .

Beispielsweise ist die Passivierungsschicht eine SiO2-

Schicht . Alternativ kann die reflektierende Schicht eine PTFE-Schicht mit einer Dicke von einschließlich 50 pm bis einschließlich 100 pm sein .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das photoaktive Bauelement ferner zumindest eine interne Strahlungsquelle , die dazu eingerichtet ist , elektromagnetische Strahlung zu emittieren . Insbesondere emittiert die zumindest eine interne Strahlungsquelle UV-Strahlung, zum Beispiel UVA- und/oder UVB- und/oder UVC-Strahlung, und/oder elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich . Beispielsweise emittiert die zumindest eine interne Strahlungsquelle UVC- Strahlung oder sichtbare Strahlung im blauen und/oder grünen Wellenlängenbereich, insbesondere Strahlung zwischen 380 nm und 550 nm . Die zumindest eine interne Strahlungsquelle kann eine Leuchtdiode ( engl . „light-emitting diode" , LED) oder eine Gasentladungslampe sein . Beispielsweise ist die interne Strahlungsquelle eine LED oder eine Gasentladungslampe , die eine Wellenlänge von 254 nm emittiert .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das photoaktive Bauelement eine Viel zahl von internen Strahlungsquellen, die j eweils dazu eingerichtet sind, elektromagnetische Strahlung zu emittieren . Insbesondere umfasst das photoaktive Bauelement zumindest zwei interne Strahlungsquellen, beispielsweise zehn oder mehr interne Strahlungsquellen . Insbesondere ist die Anzahl der Strahlungsquellen proportional zur Anzahl an Durchführungen der Struktur, beispielsweise ein Viel faches davon . Beispielsweise umfasst das photoaktive Bauelement eine oder mehrere interne Strahlungsquellen, die UV-Strahlung, insbesondere UVC- Strahlung, emittieren, und eine oder mehrere interne Strahlungsquellen, die elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich emittieren . Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die zumindest eine interne Strahlungsquelle innerhalb des Raumvolumens angeordnet . Insbesondere ist die zumindest eine interne Strahlungsquelle so angeordnet , dass die von ihr emittierte elektromagnetische Strahlung in dem Raumvolumen bereitgestellt wird . Beispielsweise ist die zumindest eine interne Strahlungsquelle an einer Seitenfläche des Raumvolumens angeordnet . Die zumindest eine interne Strahlungsquelle kann so angeordnet sein, dass sie elektromagnetische Strahlung senkrecht zur Durchströmungsrichtung des Mediums durch das photoaktive Bauelement emittiert . Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine interne Strahlungsquelle so angeordnet sein, dass sie elektromagnetische Strahlung in und/oder entgegengesetzt zur Durchströmungsrichtung des Mediums durch das photoaktive Bauelement emittiert . Durch eine interne Strahlungsquelle oder eine Viel zahl von internen Strahlungsquellen, insbesondere von Strahlungsquellen, die elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche emittieren, innerhalb des Raumvolumens kann ef fi zient elektromagnetische Strahlung im Raumvolumen bereitgestellt werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die zumindest eine interne Strahlungsquelle eine Mikro-LED oder eine MikroLED-Anordnung . Mikro-LEDs können eine Breite , eine Länge , eine Dicke und/oder einen Durchmesser kleiner als oder gleich 100 pm, insbesondere kleiner als oder gleich 60 pm, beispielsweise kleiner als oder gleich 50 pm aufweisen . Insbesondere weisen Mikro-LEDs , beispielsweise rechteckige Mikro-LEDs , eine Kantenlänge , insbesondere in Draufsicht auf die Schichten des Schichtstapels , einer Leuchtfläche kleiner als oder gleich 60 pm, beispielsweise kleiner als oder gleich 50 pm auf . Eine Mikro-LED ist beispielsweise eine Leuchtdiode , bei der ein Aufwachssubstrat entfernt ist , so dass eine Dicke der Mikro-LED beispielsweise im Bereich von 1 , 5 pm einschließlich bis 10 pm einschließlich liegt . Eine Mikro-LED-Anordnung umfasst insbesondere eine Viel zahl von Mikro-LEDs , beispielsweise vier, acht oder zwöl f Mikro-LEDs .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die zumindest eine interne Strahlungsquelle innerhalb der Struktur angeordnet . Gemäß dieser Aus führungs form ist die Struktur ein Wellenleiter . Insbesondere umfasst das photoaktive Bauelement eine Viel zahl von internen Strahlungsquellen, die j eweils innerhalb der Struktur angeordnet sind . Die zumindest eine interne Strahlungsquelle kann so angeordnet sein, dass sie elektromagnetische Strahlung parallel zur Mittellinie der Struktur emittiert . Die elektromagnetische Strahlung kann über die Auskoppel flächen des Wellenleiters in dem Raumvolumen bereitgestellt werden . Eine interne Strahlungsquelle innerhalb des Wellenleiters kann vorteilhafterweise ef fi zient Strahlung im Raumvolumen bereitstellen und somit den Wirkungsquerschnitt des photoaktiven Bauelements erhöhen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist in j eder Durchführung der Struktur zumindest eine interne Strahlungsquelle angeordnet und alle Seitenflächen des Raumvolumens und alle Oberflächen der Struktur sind zumindest teilweise , insbesondere vollständig, von einer reflektierenden Schicht bedeckt . Mit anderen Worten sind die Innenbereiche j eder Durchführung reflektierend ausgebildet , so dass die elektromagnetische Strahlung, die von der internen Strahlungsquelle in der Durchführung emittiert wird, über Reflexion an der reflektierenden Schicht das Volumen der Durchführung mehrfach durchläuft . Die Struktur kann in dieser Aus führungs form aus einem strahlungsundurchlässigen Material sein, dessen Oberflächen vollständig von einer reflektierenden Schicht bedeckt sind . Insbesondere sind zumindest zwei , beispielsweise vier, interne Strahlungsquellen in j eder Durchführung angeordnet . Beispielsweise sind die internen Strahlungsquellen MikroLEDs . Durch eine Viel zahl von internen Strahlungsquellen in reflektierend ausgebildeten Durchführungen der Struktur kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass ein Großteil des oder das gesamte das Raumvolumen durchströmende Medium in direkten Kontakt mit den photokatalytischen Partikeln gelangt und zudem ef fi zient elektromagnetische Strahlung in den Durchführungen bereitgestellt wird .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das photoaktive Bauelement ferner zumindest ein Fenster in zumindest einer Seitenfläche des Raumvolumens . Insbesondere ist das Fenster in einer Seitenwand des Raumvolumens angeordnet . Das photoaktive Bauelement kann mehrere Fenster an einer Seitenfläche des Raumvolumens und/oder j eweils ein Fenster an mehreren Seitenflächen des Raumvolumens aufweisen . Beispielsweise sind mehrere Fenster beanstandet voneinander in der als Mantel fläche ausgeformten Seitenwand des Raumvolumens angeordnet . Hier und im Folgenden ist unter einem Fenster eine Ausnehmung in der Seitenfläche , insbesondere der Seitenwand, des Raumvolumens zu verstehen, die ein Material aufweist , das undurchlässig für das Medium und seine Bestandteile und durchlässig für elektromagnetische Strahlung, insbesondere für UV-Strahlung und/oder elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich ist . Mit anderen Worten ist das Fenster transparent für auftref fende elektromagnetische Strahlung . Beispielsweise transmittiert das Fenster zumindest 80 % , insbesondere zumindest 90 % , beispielsweise 95 % oder 99 % der auf tref f enden elektromagnetischen Strahlung . Beispielsweise ist das Fenster aus Glas . Über ein Fenster kann ef fi zient elektromagnetische Strahlung im Raumvolumen bereitgestellt werden .

Es wird weiterhin ein photoaktives System enthaltend ein photoaktives Bauelement angegeben . Vorzugsweise ist das oben beschriebene photoaktive Bauelement zur Verwendung in dem hier beschriebenen photoaktiven System geeignet und vorgesehen . Merkmale und Aus führungs formen, die in Verbindung mit dem photoaktiven Bauelement beschrieben sind, gelten auch für das photoaktive System und umgekehrt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das photoaktive System ein photoaktives Bauelement . Das photoaktives Bauelement umfasst ein Raumvolumen, das von Seitenflächen begrenzt ist , wobei zumindest eine Seitenfläche eine semipermeable Membran umfasst , photokatalytische Partikel in dem Raumvolumen, wobei die photokatalytischen Partikel in dem Raumvolumen frei beweglich sind, und ein Fenster in zumindest einer Seitenfläche des Raumvolumens . Zusätzlich kann das photoaktive Bauelement j edes der oben im Zusammenhang mit dem photoaktiven Bauelement angegebenen Merkmale aufweisen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das photoaktive System zumindest eine externe Strahlungsquelle , die dazu eingerichtet ist , elektromagnetische Strahlung zu emittieren . Die zumindest eine externe Strahlungsquelle des photoaktiven Systems unterscheidet sich von der zumindest einen internen Strahlungsquelle des photoaktiven Bauelements insbesondere lediglich in ihrer Anordnung außerhalb des photoaktiven Bauelements . Insbesondere weist die externe Strahlungsquelle die gleichen Eigenschaften und Ausgestaltungen wie die interne Strahlungsquelle auf . Merkmale und Aus führungs formen, die in Verbindung mit der internen Strahlungsquelle beschrieben sind, gelten auch für die externe Strahlungsquelle und umgekehrt . Beispielsweise emittiert die externe Strahlungsquelle UV-Strahlung, insbesondere UVC- Strahlung .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die zumindest eine externe Strahlungsquelle so außerhalb des Raumvolumens angeordnet , dass die elektromagnetische Strahlung durch das zumindest eine Fenster in dem Raumvolumen bereitgestellt wird . Mit anderen Worten wird die elektromagnetische Strahlung der externen Strahlungsquelle durch das Fenster in das Raumvolumen eingekoppelt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das photoaktive System ein photoaktives Bauelement , das ein Raumvolumen, das von Seitenflächen begrenzt ist , wobei zumindest eine Seitenfläche eine semipermeable Membran umfasst , photokatalytische Partikel in dem Raumvolumen, wobei die photokatalytischen Partikel in dem Raumvolumen frei beweglich sind, und ein Fenster in zumindest einer Seitenfläche des Raumvolumens umfasst , und eine externe Strahlungsquelle , die dazu eingerichtet ist , elektromagnetische Strahlung zu emittieren, wobei die externe Strahlungsquelle so außerhalb des Raumvolumens angeordnet ist , dass die elektromagnetische Strahlung durch das zumindest eine Fenster in dem Raumvolumen bereitgestellt wird . Einem solchen photoaktiven System liegt die Idee zugrunde , ef fi zient elektromagnetische Strahlung einer externen Strahlungsquelle in dem Raumvolumen bereitzustellen, um die frei beweglichen photokatalytische Partikel im Raumvolumen zu aktivieren . Dadurch wird ein erhöhter Wirkungsquerschnitt für photokatalytische Reaktionen, die im photoaktiven Bauelement des photoaktiven Systems ablaufen, erreicht .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das photoaktive System zumindest zwei externe Strahlungsquellen . Die zumindest zwei externen Strahlungsquellen können elektromagnetische Strahlung desselben Wellenlängenbereichs oder elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche emittieren . Die elektromagnetische Strahlung der zumindest zwei externen Strahlungsquellen kann über dasselbe Fenster in das Raumvolumen eingekoppelt werden . Alternativ kann das photoaktive Bauelement zwei oder mehr Fenster aufweisen und durch j edes Fenster kann die elektromagnetische Strahlung einer externen Strahlungsquelle in das Raumvolumen eingekoppelt werden . Insbesondere sind die Fenster an unterschiedlichen Seitenflächen oder beabstandet voneinander an der gleichen Seitenfläche des Raumvolumens angeordnet . Dadurch kann eine ef fi ziente Verteilung der elektromagnetischen Strahlung im Raumvolumen erreicht werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das photoaktive Bauelement des photoaktiven Systems zumindest eine interne Strahlungsquelle . Merkmale und Aus führungs formen der zumindest einen internen Strahlungsquelle sind bereits im Zusammenhang mit dem photoaktiven Bauelement beschrieben . Die interne Strahlungsquelle kann elektromagnetische Strahlung desselben Wellenlängenbereichs wie die externe Strahlungsquelle oder elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs emittieren . Durch eine externe und eine interne Strahlungsquelle kann eine ef fi ziente Verteilung der elektromagnetischen Strahlung im Raumvolumen erreicht werden .

Es wird weiterhin ein Verfahren zur Reinigung eines Mediums angegeben . Für das hier beschriebene Verfahren ist ein oben beschriebenes photoaktives Bauelement oder ein oben beschriebenes photoaktives System geeignet und vorgesehen . Es gelten insbesondere alle für das photoaktives Bauelement und für das photoaktive System gemachten Aus führungen auch für das Verfahren zur Reinigung eines Mediums und umgekehrt .

Insbesondere ist das Verfahren zur Reinigung eines Mediums dazu eingerichtet , Bestandteile , insbesondere Verunreinigungen wie Partikel , Keime , Schadstof fe und oder Mikroplastik, aus einem Medium, insbesondere aus Gasen wie Luft und/oder Flüssigkeiten wie Wasser zu entfernen . Die Verunreinigungen können Krankheitserreger wie Bakterien, Viren und Pil ze und zum anderen für den menschlichen Körper schädliche Stof fe wie volatile organische Verbindungen (VOCs ) oder auch Ammoniak, NOx oder SOx sein . Alternativ oder zusätzlich können mit dem Verfahren zur Reinigung eines Mediums Mikroplastikrückstände in Wasser mittels photokatalytischer Wirkketten zersetzt werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren zur Reinigung eines Mediums das Führen des Mediums durch ein hier beschriebenes photoaktives Bauelement . Das photoaktive Bauelement kann j edes der oben im Zusammenhang mit dem photoaktiven Bauelement angegebenen Merkmale aufweisen . Insbesondere ist das photoaktive Bauelement ein Filterelement . Das Führen des Mediums durch das photoaktive Bauelement entspricht dem Durchströmen des photoaktiven Bauelements durch das Medium . Die Strömung des Mediums durch das photoaktive Bauelement kann laminar oder turbulent sein . Beispielsweise ist die Strömung laminar .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren das Bestrahlen des Mediums im Raumvolumen mit elektromagnetischer Strahlung . Insbesondere ist die elektromagnetische Strahlung UVC-Strahlung . UVC-Strahlung ist beispielsweise dazu geeignet , Bakterien, Viren und Pil ze unschädlich zu machen . Die elektromagnetische Strahlung kann durch zumindest eine interne und/oder zumindest eine externe Strahlungsquelle im Raumvolumen bereitgestellt werden . Merkmale und Aus führungs formen der zumindest einen internen Strahlungsquelle sowie der zumindest einen externen Strahlungsquelle sind bereits im Zusammenhang mit dem photoaktiven Bauelement und dem photoaktiven System beschrieben .

Gemäß mit einer Aus führungs form sind die photokatalytischen Partikel vollständig von dem Medium umgeben . Insbesondere sind die photokatalytischen Partikel während des Bestrahlens des Mediums im Raumvolumen mit elektromagnetischer Strahlung vollständig von dem Medium umgeben . Mit anderen Worten liegt eine vollständige Immersion der photokatalytischen Partikel in dem zu reinigenden Medium vor . Beispielsweise zirkulieren die photokatalytischen Partikel durch die Strömung des Mediums durch das photoaktive Bauelement in dem Raumvolumen . Mit anderen Worten verteilen sich die photokatalytischen Partikel aufgrund der Strömung des Mediums durch das photoaktive Bauelement in dem Medium innerhalb des Raumvolumens . Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren zur Reinigung eines Mediums

- Führen des Mediums durch ein hier beschriebenes photoaktives Bauelement , und

- Bestrahlen des Mediums im Raumvolumen mit elektromagnetischer Strahlung, wobei die photokatalytischen Partikel vollständig von dem Medium umgeben sind .

Einem solchen Verfahren liegt die Idee zugrunde , für den menschlichen Körper schädliche Verbindungen aus einem Medium zu entfernen und dabei einen hochef fi zienten Wirkungsquerschnitt bei der Reinigung des Mediums zu erreichen, indem die photokatalytischen Partikel vollständig von dem Medium umgeben sind und somit die Oberfläche der photokatalytischen Partikel vollständig als Interaktions fläche mit den Bestandteilen des Mediums zur Verfügung steht .

Das hier beschriebene Verfahren zur Reinigung eines Mediums macht unter anderem von der Idee Gebrauch, mehrere Wirkmechanismen in einem Reinigungsverfahren zu kombinieren, um das Medium besonders wirksam von Verunreinigungen zu befreien . Durch Bereitstellen von elektromagnetischer Strahlung in einem Raumvolumen eines photoaktiven Bauelements findet zum einen eine direkte Zersetzung von Verunreinigungen durch die elektromagnetische Strahlung statt . Durch die photokatalytischen Partikel im Raumvolumen des photoaktiven Bauelements findet zudem eine photokatalytisch moderierte Zersetzung von Verunreinigungen statt . Insbesondere ist die Transmission von Wasser im sichtbaren Wellenlängenbereich und im UV-Bereich außerordentlich hoch, wodurch den photokatalytischen Partikeln die aktivierende Strahlung ef fi zient zugeführt werden kann, wenn Wasser als Medium verwendet wird . Das photoaktive Bauelement beeinträchtigt die laterale Beweglichkeit des zu reinigenden Mediums nicht , wohingegen die laterale Beweglichkeit der photokatalytischen Partikel auf das Raumvolumen begrenzt ist . Durch die freie Beweglichkeit der photokatalytischen Partikel und die vollständige Immersion in dem zu reinigenden Medium ist der Wirkungsquerschnitt signi fikant erhöht .

Es wird weiterhin ein Verfahren zur Spaltung eines Bestandteils eines Mediums angegeben . Für das hier beschriebene Verfahren ist ein oben beschriebenes photoaktives Bauelement oder ein oben beschriebenes photoaktives System geeignet und vorgesehen . Es gelten insbesondere alle für das photoaktives Bauelement und für das photoaktive System gemachten Aus führungen auch für das hier beschriebene Verfahren und umgekehrt . Merkmale oder Aus führungs formen, die in Verbindung mit dem Verfahren zur Reinigung eines Mediums beschrieben sind, gelten auch für das Verfahren zur Spaltung eines Bestandteils eines Mediums und umgekehrt .

Das hier beschriebene Verfahren ist insbesondere dazu eingerichtet , aus einem Bestandteil des Mediums ein elementares Gas oder mehrere elementare Gase zu erzeugen . Dieses Gas oder diese Gase können dann als Reaktionsprodukte abgeschieden werden . Insbesondere ist das hier beschriebene Verfahren zur Spaltung von Bestandteilen eingerichtet , die kovalent gebundenen Wasserstof f enthalten . Als Reaktionsprodukt kann dann Wasserstof f (H₂ ) abgeschieden werden . Neben Wasserstof f können weitere Reaktionsprodukte wie beispielsweise Sauerstof f ( 0₂ ) oder Stickstof f (N₂ ) entstehen und abgeschieden werden . Gemäß einer Aus führungs form umfasst das Verfahren zur

Spaltung eines Bestandteils eines Mediums

- Führen des Mediums enthaltend den Bestandteil durch ein hier beschriebenes photoaktives Bauelement , und

- Bestrahlen des Mediums und des Bestandteils im Raumvolumen mit elektromagnetischer Strahlung, wobei die photokatalytischen Partikel vollständig von dem Medium umgeben sind .

Merkmale und Aus führungs formen der Verfahrensschritte des Führens des Mediums und des Bestrahlen des Mediums sind bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Reinigung eines Mediums beschrieben .

Das photoaktive Bauelement kann j edes der oben im Zusammenhang mit dem photoaktiven Bauelement angegebenen Merkmale aufweisen . Insbesondere ist das photoaktive Bauelement eine Photolysezelle .

Einem solchen Verfahren liegt die Idee zugrunde , ein Bestandteil eines Mediums zu spalten und ein Reaktionsprodukt , insbesondere Wasserstof f , zu erzeugen und dabei einen hochef fi zienten Wirkungsquerschnitt bei der Spaltung des Bestandteils des Mediums zu erreichen, indem die photokatalytischen Partikel vollständig von dem Medium umgeben sind und somit die Oberfläche der photokatalytischen Partikel vollständig als Interaktions fläche mit den Bestandteilen des Mediums zur Verfügung steht . Die photokatalytischen Partikel sind dabei dazu eingerichtet , die Spaltung des Bestandteils photokatalytisch zu moderieren . Mit anderen Worten findet eine photokatalytische moderierte Spaltung des Bestandteils statt . Die Funktion der photokatalytischen Partikel besteht dabei in der Lichtabsorption, der Ladungstrennung und der Katalyse der Spaltung .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der Bestandteil Wasser oder Ammoniak . Bei einer photokatalytisch moderierten Spaltung von Wasser entsteht insbesondere Wasserstof f und Sauerstof f . Beispielsweise läuft die Wasserspaltung gemäß hv folgender Reaktionsgleichung ab : 2 H₂0 — > 2 H₂ + 0₂ . Bei einer photokatalytisch moderierten Spaltung von Ammoniak entsteht insbesondere Wasserstof f und Stickstof f . Beispielsweise läuft die Ammoniakspaltung gemäß folgender Reaktionsgleichung ab : hv

2 NH₃ — > 3 H₂ + N₂ . Wasser und Ammoniak sind vorteilhafterweise dazu geeignet , in einer photokatalytische moderierten Spaltung Wasserstof f zu erzeugen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst zumindest ein photokatalytisches Partikel ein Co-Katalysator . Das photokatalytische Partikel mit dem Co-Katalysator ermöglicht die photokatalytisch moderierte Spaltung eines Bestandteils des Mediums . Merkmale und Aus führungs formen eines photokatalytische Partikel umfassend einen Co-Katalysator sind bereits im Zusammenhang mit dem photoaktiven Bauelement beschrieben .

Weitere vorteilhafte Aus führungs formen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Bauelements und des Verfahrens zur Herstellung eines Bauelements ergeben sich aus den folgenden, in Verbindung mit den Figuren dargestellten Aus führungsbeispielen .

Die Figuren 1A und IB, 5A und 5B, 6 , 7 , 8A und 8B, 9 , 10 sowie 11 , zeigen j eweils eine schematische Schnittansicht eines photoaktiven Bauelements gemäß verschiedenen

Aus führungs formen, die Figuren 2A-N zeigen j eweils eine schematische Schnittansicht eines photokatalytischen Partikels gemäß verschiedenen Aus führungs formen .

Figur 3 zeigt schematisch ein Verfahren zur Reinigung eines Mediums gemäß einer Aus führungs form,

Figur 4 zeigt schematisch ein Verfahren zur Wasserspaltung gemäß einer Aus führungs form, und

Figur 12 zeigt eine schematische Schnittansicht eines photoaktiven Systems gemäß einer Aus führungs form .

Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente , insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .

Figur 1A zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photoaktiven Bauelements 1 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel . Figur 1B zeigt eine schematische Schnittansicht des photoaktiven Bauelements 1 des ersten Aus führungsbeispiels entlang der Linie X-X ' der Figur 1A.

Das photoaktive Bauelement 1 kann ein Filterelement oder eine Photolysezelle sein . Das photoaktive Bauelement 1 umfasst ein Raumvolumen 2 , das von Seitenflächen 21 begrenzt ist . In dem ersten Aus führungsbeispiel umfassen zwei der Seitenflächen 21 j eweils eine semipermeable Membran 3 , die Poren 31 aufweist . Das Raumvolumen 2 weist die Form eines Zylinders auf , wobei die semipermeablen Membranen 3 kreis förmig ausgebildet sind und die Grundfläche und die Deckfläche des Raumvolumens bilden . Die weitere Seitenfläche 21 , die der Mantel fläche des Raumvolumens 2 entspricht , umfasst eine Seitenwand 22 , beispielsweise die Seitenwand 22 eines Gehäuses . Ein solches photoaktives Bauelement 1 ist insbesondere dazu geeignet , in ein bestehendes Rohrsystem eingesetzt zu werden .

Beispielsweise sind die semipermeablen Membranen 3 aus einem Metall wie Edelstahl und weisen j eweils eine Dicke von einschließlich 50 pm bis einschließlich 1 mm, insbesondere von einschließlich 100 pm bis einschließlich 300 pm, auf . Die Poren 31 weisen beispielsweise einen Durchmesser von 1 pm bis einschließlich 150 pm, beispielsweise von einschließlich 5 pm bis einschließlich 30 pm, auf .

Das photoaktive Bauelement 1 umfasst ferner photokatalytische Partikel 4 in dem Raumvolumen 2 . Die photokatalytischen Partikel 4 weisen beispielsweise einen Durchmesser von einschließlich 50 nm bis einschließlich 5 mm, insbesondere von einschließlich 5 pm bis einschließlich 50 pm, auf . Die photokatalytischen Partikel 4 sind in dem Raumvolumen frei beweglich . Durch die freie Beweglichkeit der photokatalytischen Partikel 4 wird der Wirkungsquerschnitt des photoaktiven Bauelements 1 signi fikant erhöht .

Insbesondere ist die laterale Beweglichkeit der photokatalytischen Partikel 4 durch die semipermeablen Membranen 3 begrenzt . Die Begrenzung der lateralen Beweglichkeit der photokatalytische Partikel 4 kann dadurch gewährleistet werden, dass die Poren 31 der semipermeablen Membranen 3 einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als der Durchmesser der photokatalytische Partikel 4 . Insbesondere wird lediglich die laterale Beweglichkeit der photokatalytische Partikel 4 durch die semipermeablen Membranen 3 begrenzt , während die laterale Beweglichkeit eines Mediums , das das photoaktive Bauelement 1 in der Anwendung durchströmen kann, nicht oder nur in sehr geringem Maße beeinträchtigt wird .

Figur 2A zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel . Das photokatalytische Partikel 4 umfasst einen Grundkörper 41 und ein photoaktives Material 42 . Insbesondere ist das photoaktive Material 42 Titandioxid, beispielsweise Anatas , ein Halbleitermaterial basierend auf dO-Übergangsmetallkationen und/oder ein metallorganisches Gerüst . Das photoaktive Material 42 ist auf einer Außenfläche des Grundkörpers 41 angeordnet . Der Grundkörper 41 ist aus einem strahlungsdurchlässigen Material , beispielsweise aus Glas gebildet . Der Grundkörper 41 ist kugel förmig ausgebildet . Das photoaktive Material 42 ist insbesondere in Form von einzelnen Partikeln auf dem Grundkörper 41 angeordnet .

Figur 2B zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel . Das zweite Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 2A gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem ersten Aus führungsbeispiel ist das photoaktive Material 42 in Form einer zusammenhängenden Schicht auf der Außenfläche des Grundkörpers 41 angeordnet . Insbesondere ist die Außenfläche des Grundkörpers 41 vollständig von dem photoaktiven Material 42 bedeckt .

Figur 2C zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel . Das dritte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 2A gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem ersten Aus führungsbeispiel ist zwischen dem Grundkörper 41 und dem photoaktiven Material 42 eine Haftschicht 43 angeordnet . Die Haftschicht 43 ist insbesondere dazu eingerichtet , eine Haftung des photoaktiven Materials 42 auf dem Grundkörper 41 zu erhöhen .

Figur 2D zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel . Das vierte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 2A gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem ersten Aus führungsbeispiel ist der Grundkörper 41 als Hohlkörper ausgeführt . Der Grundkörper 41 ist kugel förmig ausgebildet und weist einen Hohlraum auf . Vorteilhaft kann der Grundkörper 41 mit weniger Materialeinsatz hergestellt werden .

Figur 2E zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel . Das fünfte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 2B gezeigten zweiten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem zweiten Aus führungsbeispiel ist der Grundkörper 41 als Hohlkörper ausgeführt . Figur 2 F zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel . Das sechste Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 2C gezeigten dritten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem dritten Aus führungsbeispiel ist der Grundkörper 41 als Hohlkörper ausgeführt .

Figur 2G zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel . Das photokatalytische Partikel 4 umfasst ein photoaktives Material 42 , das als kugel förmiger Hohlkörper ausgebildet ist . Vorteilhaft kann so auf einen Grundkörper 41 verzichtet werden .

Figur 2H zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem achten Aus führungsbeispiel . Das photokatalytische Partikel 4 umfasst ein photoaktives Material 42 , das als kugel förmiger Vollkörper ausgebildet ist . Vorteilhaft kann so auf einen Grundkörper 41 verzichtet werden .

Figur 21 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem neunten Aus führungsbeispiel . Das neunte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 2E gezeigten fünften Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem fünften Aus führungsbeispiel umfasst das photokatalytische Partikel 4 eine Oberflächenmodi fikation 44 an der dem Grundkörper 41 abgewandten Außenfläche des photoaktiven Materials 42 . Die Oberflächenmodi fikation 44 ist hydrophob ausgebildet . Beispielsweise enthält die Oberflächenmodi fikation 44 Fluor . Fluorchemische Beschichtungen erhöhen beispielsweise die Hydrophobie der photokatalytischen Partikel 4 . Insbesondere ist die Oberflächenmodi fikation 44 dazu eingerichtet , eine Separierung von einzelnen Partikeln der photokatalytischen Partikel 4 zu begünstigen, um ein Aufschwimmen in dem Medium 5 zu erleichtern .

Figur 2 J zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem zehnten Aus führungsbeispiel . Das zehnte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 21 gezeigten neunten Aus führungsbeispiel . Im Unterscheid zu dem neunten Aus führungsbeispiel ist das photoaktive Material 42 als kugel förmiger Vollkörper ausgebildet . Auf einen Grundkörper 41 kann vorteilhaft verzichtet werden .

Figur 2K zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem el ften Aus führungsbeispiel . Das el fte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Figur 2H gezeigten achten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem achten Aus führungsbeispiel ist ein Co-Katalysator 45 an dem als Vollkörper ausgebildeten photoaktiven Material 42 angeordnet . Der Co-Katalysator 45 ist als Vollkörper ausgebildet . Auf einen Grundkörper 41 kann vorteilhaft verzichtet werden . Beispielsweise ist das photoaktive Material 42 lanthandotiertes KTaOa und der Co-Katalysator 45 ist NiO oder das photoaktive Material 42 ist GaN : ZnO und der Co- Katalysator 45 ist chromdotiertes RhO_x .

Figur 2L zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem zwöl ften Aus führungsbeispiel . Das zwöl fte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Figur 2K gezeigten el ften Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem el ften Aus führungsbeispiel liegen das photoaktive Material 42 und der Co-Katalysator 45 in Form von einzelnen Partikeln vor, die einen Cluster bilden . Auf einen Grundkörper 41 kann vorteilhaft verzichtet werden .

Figur 2M zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem drei zehnten Aus führungsbeispiel . Das drei zehnte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Figur 2A gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem ersten Aus führungsbeispiel sind das photoaktive Material 42 und der Co-Katalysator 45 in Form von einzelnen Partikeln auf dem Grundkörper 41 angeordnet .

Figur 2N zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photokatalytischen Partikels 4 gemäß einem vierzehnten Aus führungsbeispiel . Das vierzehnte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Figur 2D gezeigten vierten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem vierten Aus führungsbeispiel sind das photoaktive Material 42 und der Co-Katalysator 45 in Form von einzelnen Partikeln auf dem als Hohlkörper ausgeführten Grundkörper 41 angeordnet .

Figur 3 zeigt das Verfahren zur Reinigung eines Mediums 5 in einer schematischen Schnittansicht des photoaktiven Bauelements 1 gemäß dem in den Figuren 1A und 1B gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Das photoaktive Bauelement 1 ist als Filterelement ausgebildet . Das Medium 5 , beispielsweise Wasser oder Luft , das eine Verunreinigung 51 , beispielsweise einen Keim, einen Schadstof f oder Mikroplastik, enthält , wird entlang der Pfeilrichtung durch das photoaktiven Bauelement 1 geführt . Das Medium 5 und die Verunreinigung 51 können die Poren 31 der semipermeable Membran 3 passieren und gelangen in das Raumvolumen 2 . Im Raumvolumen 2 wird das Medium 5 mit elektromagnetischer Strahlung 6 bestrahlt . Dies kann über eine interne Strahlungsquelle 10 und/oder eine externe Strahlungsquelle 110 erfolgen (hier nicht gezeigt ) . Durch das Bestrahlen des Mediums 5 mit elektromagnetischer Strahlung 6 findet zum einen eine direkte Zersetzung der Verunreinigung 51 statt (Wirkmechanismus B in Figur 3 ) . Zudem zirkulieren die frei beweglichen photokatalytischen Partikel 4 durch die Strömung des Mediums 5 durch das photoaktive Bauelement 1 in dem Raumvolumen 2 und kommen so in Kontakt mit der Verunreinigung 51 und der elektromagnetischen Strahlung 6 . Dabei findet eine photokatalytisch moderierte Zersetzung der Verunreinigung 51 statt (Wirkmechanismus A in Figur 3 ) . Bei der Zersetzung der Verunreinigung 51 gemäß einer der beiden Wirkmechanismen A oder B entsteht eine deaktivierte Verunreinigung 52 . Das Medium 5 und die deaktivierte Verunreinigung 52 können die Poren 31 der zweiten semipermeable Membran 3 passieren und das Raumvolumen verlassen . Durch die Zersetzung der Verunreinigung 51 zu der deaktivierten Verunreinigung 52 wird das Medium 5 gereinigt .

Figur 4 zeigt das Verfahren zur Spaltung eines Bestandteils 53 eines Mediums 5 in einer schematischen Schnittansicht des photoaktiven Bauelements 1 gemäß dem in den Figuren 1A und 1B gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Das photoaktive Bauelement 1 ist als Photolysezelle ausgebildet . Das Medium 5 , das einen Bestandteil 53 , beispielsweise Wasser oder Ammoniak, enthält , wird entlang der Pfeilrichtung durch das photoaktiven Bauelement 1 geführt . Das Medium 5 und der Bestandteil 53 können die Poren 31 der semipermeable Membran 3 passieren und gelangen in das Raumvolumen 2 . Im Raumvolumen 2 wird das Medium 5 und der Bestandteil 53 mit elektromagnetischer Strahlung 6 bestrahlt . Dies kann über eine interne Strahlungsquelle 10 und/oder eine externe Strahlungsquelle 110 erfolgen (hier nicht gezeigt ) . Die frei beweglichen photokatalytischen Partikel 4 , die insbesondere ein photoaktives Material 42 und einen Co-Katalysator 45 umfassen, zirkulieren durch die Strömung des Mediums 5 durch das photoaktive Bauelement 1 in dem Raumvolumen 2 und kommen so in Kontakt mit dem Bestandteil 53 und der elektromagnetischen Strahlung 6 . Dabei findet eine photokatalytisch moderierte Spaltung des Bestandteils 53 statt (Wirkmechanismus C in Figur 4 ) .

Wirkmechanismus C in Figur 4 zeigt die photokatalytisch moderierte Spaltung am Beispiel der Wasserspaltung . Die photokatalytisch moderierte Spaltung ist ebenso auf die Spaltung von beispielsweise Ammoniak anwendbar . Bei der Spaltung des Bestandteils 53 entsteht Wasserstof f 54 . Optional kann ein weiteres , insbesondere gas förmiges , Reaktionsprodukt 55 entstehen . Beispielsweise entsteht bei der Spaltung von Wasser Wasserstof f 54 und Sauerstof f . Beispielsweise entsteht bei der Spaltung von Ammoniak Wasserstof f 54 und Stickstof f . Das Medium 5 , Wasserstof f 54 und weitere Reaktionsprodukte 55 können die Poren 31 der zweiten semipermeablen Membran 3 passieren und das Raumvolumen verlassen . Wasserstof f 54 und weitere gas förmige Reaktionsprodukte 55 werden über ein Abscheideelement 7 aus dem Medium 5 entfernt .

Figur 5A zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photoaktiven Bauelements 1 gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel . Figur 5B zeigt eine schematische Schnittansicht des photoaktiven Bauelements 1 des zweiten Aus führungsbeispiels entlang der Linie X-X ' der Figur 5A.

Das zweite Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 1A und 1B gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem ersten Aus führungsbeispiel ist eine Struktur 8 mit einer Viel zahl von Durchführungen 81 im Raumvolumen 2 angeordnet .

Die Durchführungen 81 in der Struktur 8 sind so ausgebildet , dass ein Medium bei Verwendung des photoaktiven Bauelements 1 durch die Durchführungen 81 strömen kann . Beispielsweise ist der Durchmesser der Durchführungen 81 zumindest 0 , 5 mm oder zumindest 1 mm und/oder höchstens 10 mm oder höchstens 5 mm Die Durchführungen 81 sind paarweise parallel zueinander angeordnet . Die Durchführungen 81 weisen einen hexagonalen Querschnitt auf , sodass die Durchführungen 81 in einem hexagonalen Muster (Honigwabenmuster ) angeordnet sind . Alternativ können die Durchführungen einen runden, ovalen, rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen und beispielsweise in einem Rechteckmuster angeordnet sein (hier nicht gezeigt ) .

Die Struktur 8 ist insbesondere transparent für elektromagnetische Strahlung 6 , beispielsweise für UV- Strahlung oder elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich . Beispielsweise ist die Struktur 8 ein optischer Wellenleiter zur Führung der elektromagnetischen Strahlung 6 .

Die photokatalytischen Partikel 4 sind in den Durchführungen 81 angeordnet und darin frei beweglich . Insbesondere umfasst j ede der Durchführungen 81 zumindest ein photokatalytisches Partikel 4 , beispielsweise eine Viel zahl von photokatalytischen Partikeln 4 .

Figur 6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photoaktiven Bauelements 1 gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel . Das dritte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 1A und 1B gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem ersten Aus führungsbeispiel ist eine reflektierende Schicht 9 auf einer dem Raumvolumen 2 zugewandten Seite der semipermeablen Membranen 3 angeordnet . Zudem bedeckt die reflektierende Schicht 9 die als Seitenwand 22 ausgebildete Seitenfläche 21 des Raumvolumens 2 zumindest teilweise , insbesondere vollständig . In dem dritten Aus führungsbeispiel ist ein Bereich der als Seitenwand 22 ausgebildeten Seitenfläche 21 frei von der reflektierenden Schicht 9 . In diesem Bereich kann beispielsweise eine interne Strahlungsquelle 10 oder ein Fenster 11 angeordnet sein . Beispielsweise ist die reflektierende Schicht eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von einschließlich 100 nm bis einschließlich 10 pm, insbesondere von einschließlich 100 nm bis einschließlich 500 nm, an die sich eine Passivierungsschicht aus SiCt mit einer Dicke von einschließlich 100 nm bis einschließlich 500 nm, beispielsweise von 200 nm, anschließt . Alternativ kann die reflektierende Schicht eine PTFE-Schicht mit einer Dicke von einschließlich 50pm bis einschließlich 100 pm sein .

Figur 7 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photoaktiven Bauelements 1 gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel . Das vierte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 1A und 1B gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem ersten Aus führungsbeispiel ist eine interne Strahlungsquelle 10 innerhalb des Raumvolumens 2 angeordnet . Die interne Strahlungsquelle 10 ist dazu eingerichtet , elektromagnetische Strahlung 6 , insbesondere UV-Strahlung und/oder elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich, zu emittieren . Die Strahlungsquelle ist insbesondere an einer Seitenfläche 21 , beispielsweise an einer Seitenwand 22 , des Raumvolumens 2 angeordnet . Die interne Strahlungsquelle 10 emittiert somit die elektromagnetische Strahlung 6 senkrecht zur Durchströmungsrichtung eines Mediums . Die interne Strahlungsquelle 10 dient dazu, elektromagnetische Strahlung 6 im Raumvolumen 2 bereitzustellen .

Figur 8A zeigt eine schematische Aufsicht auf ein hier beschriebenes photoaktives Bauelement 1 gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel . Figur 8B zeigt eine schematische Schnittansicht des photoaktiven Bauelements 1 des fünften Aus führungsbeispiels entlang der Linie X-X ' der Figur 8A.

Das fünfte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Figur 6 gezeigten vierten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem vierten Aus führungsbeispiel ist die interne Strahlungsquelle 10 an der Deckfläche des Raumvolumens 2 angeordnet , während eine semipermeable Membran 3 an der Grundfläche des Raumvolumens 2 und eine weitere semipermeable Membran 3 an der Mantel fläche des Raumvolumens 2 angeordnet ist .

Figur 9 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photoaktiven Bauelements 1 gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel . Das sechste Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 5A und 5B gezeigten zweiten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem zweiten Aus führungsbeispiel ist eine Viel zahl von internen Strahlungsquellen 10 so innerhalb der Struktur 8 angeordnet , dass sie elektromagnetische Strahlung 6 in die Struktur 8 emittieren . Die Struktur 8 des sechsten Aus führungsbeispiels ist ein Wellenleiter . Die elektromagnetische Strahlung 6 wird innerhalb der Struktur 8 geführt und über eine Auskoppel fläche , die einer Oberfläche 82 der Struktur 8 entspricht , ausgekoppelt . Dadurch kann die elektromagnetische Strahlung 6 in den Durchführungen 81 bereitgestellt werden .

Figur 10 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photoaktiven Bauelements 1 gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel . Das siebte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 5A und 5B gezeigten zweiten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem zweiten Aus führungsbeispiel ist in j eder Durchführung 81 der Struktur 8 zumindest eine , beispielsweise zwei , interne Strahlungsquelle 10 angeordnet . Die Strahlungsquellen sind so angeordnet , dass die elektromagnetische Strahlung 6 in Durchströmungsrichtung eines Mediums emittiert wird . Zudem sind alle Seitenflächen des Raumvolumens 2 und alle Oberflächen 82 der Struktur 8 zumindest teilweise , insbesondere vollständig, von der reflektierenden Schicht 9 bedeckt . Beispielsweise sind lediglich die Bereiche der Oberflächen 82 der Struktur 8 frei von der reflektierenden Schicht , in denen eine interne Strahlungsquelle 10 angeordnet ist .

Figur 11 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photoaktiven Bauelements 1 gemäß einem achten Aus führungsbeispiel . Das achte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in den Figuren 1A und 1B gezeigten ersten Aus führungsbeispiel . Im Unterschied zu dem ersten Aus führungsbeispiel ist ein Fenster 11 in einer Seitenfläche 21 des Raumvolumens 2 angeordnet . Das Fenster 11 ist dazu eingerichtet , elektromagnetische Strahlung 6 , die außerhalb des photoaktiven Bauelements 1 erzeugt wird, in dem Raumvolumen 2 bereitzustellen . Beispielsweise ist das Fenster 11 in einer Seitenwand 22 angeordnet . Das Fenster 11 ist transparent für auftref fende elektromagnetische Strahlung 6 . Beispielsweise transmittiert das Fenster 11 zumindest 80 % , insbesondere zumindest 90 % , beispielsweise 95 % oder 99 % der auf tref f enden elektromagnetischen Strahlung 6 . Beispielsweise ist das Fenster 11 aus Glas .

Figur 12 zeigt eine schematische Schnittansicht eines hier beschriebenen photoaktiven Systems 100 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel . Das photoaktive System 100 umfasst ein photoaktives Bauelement 1 gemäß dem achten Aus führungsbeispiel der Figur 11 . Zudem umfasst das photoaktive System 100 eine externe Strahlungsquelle 110 , die dazu eingerichtet ist , elektromagnetische Strahlung 6 , insbesondere UV-Strahlung und/oder elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich, zu emittieren . Die externe Strahlungsquelle 110 ist so angeordnet , dass die emittierte elektromagnetische Strahlung 6 durch das Fenster 11 in dem Raumvolumen 2 des photoaktiven Bauelements 1 bereitgestellt wird .

Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Aus führungsbeispiele können gemäß weiteren Aus führungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen expli zit beschrieben sind . Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist .

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2023 114 872 . 9 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .

Bezugs zeichenliste

1 photoaktives Bauelement

2 Raumvolumen

21 Seitenfläche

22 Seitenwand

3 semipermeable Membran

31 Poren

4 photokatalytische Partikel

41 Grundkörper

42 photoaktives Material

43 Haftschicht

44 Oberflächenmodi fikation

45 Co-Katalysator

5 Medium

51 Verunreinigung

52 deaktivierte Verunreinigung

53 Bestandteil

54 Wasserstof f

55 Reaktionsprodukt

6 elektromagnetische Strahlung

7 Abscheideelement

8 Struktur

81 Durchführung

82 Oberfläche

9 reflektierende Schicht

10 interne Strahlungsquelle

11 Fenster

100 photoaktives System

110 externe Strahlungsquelle

A photokatalytisch moderierte Zersetzung

B direkte Zersetzung

0 photokatalytisch moderierte Spaltung

Claims

Patentansprüche

1. Photoaktives Bauelement (1) umfassend

- ein Raumvolumen (2) , das von Seitenflächen (21) begrenzt ist, wobei zumindest eine Seitenfläche (21) eine semipermeable Membran (3) umfasst, und

- photokatalytische Partikel (4) in dem Raumvolumen (2) , wobei die photokatalytischen Partikel (4) in dem Raumvolumen (2) frei beweglich sind, und wobei die photokatalytischen Partikel (4) in dem Raumvolumen (2) lokalisiert sind.

2. Photoaktives Bauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest zwei Seitenflächen (21) des Raumvolumens (2) eine semipermeable Membran (3) umfassen.

3. Photoaktives Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die laterale Beweglichkeit der photokatalytischen Partikel (4) durch die semipermeable Membran (3) begrenzt ist .

4. Photoaktives Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die semipermeable Membran (3) Poren (31) aufweist und wobei ein Durchmesser der Poren (31) kleiner ist als ein Durchmesser der photokatalytischen Partikel (4) .

5. Photoaktives Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die photokatalytischen Partikel (4) ein photoaktives Material (42) umfassen, und wobei das photoaktive Material (42) Titandioxid, Halbleitermaterialien basierend auf dO- Übergangsmetallkationen und/oder metallorganische Gerüste umfasst .

6. Photoaktives Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein photokatalytisches Partikel (4) eine Oberflächenmodifikation (44) umfasst.

7. Photoaktives Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein photokatalytisches Partikel (4) einen Co- Katalysator (45) umfasst.

8. Photoaktives Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Raumvolumen (2) eine Struktur (8) umfasst, wobei die Struktur (8) eine Vielzahl von Durchführungen (81) umfasst, und wobei die photokatalytischen Partikel (4) in den Durchführungen (81) angeordnet sind.

9. Photoaktives Bauelement (1) gemäß Anspruch 8, wobei die Struktur (8) ein Wellenleiter ist.

10. Photoaktives Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine reflektierende Schicht (9) auf einer dem Raumvolumen (2) zugewandten Seite der semipermeablen Membran (3) angeordnet ist.

11. Photoaktives Bauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei alle Seitenflächen (21) des Raumvolumens (2) zumindest teilweise von der reflektierenden Schicht (9) bedeckt sind.

12. Photoaktives Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend zumindest eine interne Strahlungsquelle (10) , insbesondere umfassend eine Mikro-LED oder eine Mikro-LED-Anordnung, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung (6) zu emittieren, wobei die zumindest eine interne Strahlungsquelle (10) innerhalb des Raumvolumens (2) angeordnet ist.

13. Photoaktives Bauelement (1) gemäß Anspruch 9, ferner umfassend zumindest eine interne Strahlungsquelle (10) , insbesondere umfassend eine Mikro-LED oder eine Mikro-LED-Anordnung, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung (6) zu emittieren, wobei die zumindest eine interne Strahlungsquelle (10) innerhalb der Struktur (8) angeordnet ist.

14. Photoaktives Bauelement (1) gemäß Anspruch 8, ferner umfassend eine Vielzahl von internen Strahlungsquellen (10) , die jeweils dazu eingerichtet sind, elektromagnetische Strahlung (6) zu emittieren, wobei in jeder Durchführung (81) der Struktur (8) zumindest eine der internen Strahlungsquellen (10) angeordnet ist, und wobei alle Seitenflächen (21) des Raumvolumens (2) und alle Oberflächen (82) der Struktur (8) zumindest teilweise von einer reflektierenden Schicht (9) bedeckt sind.

15. Photoaktives Bauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend zumindest ein Fenster (11) in zumindest einer Seitenfläche (21) des Raumvolumens (2) .

16. Photoaktives System (100) umfassend

- ein photoaktives Bauelement (1) gemäß Anspruch 15, und

- zumindest eine externe Strahlungsquelle (110) , insbesondere umfassend eine Mikro-LED oder eine Mikro-LED-Anordnung, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung (6) zu emittieren, wobei die externe Strahlungsquelle (110) so außerhalb des Raumvolumens (2) angeordnet ist, dass die elektromagnetische Strahlung (5) durch das zumindest eine Fenster (11) in dem Raumvolumen (2) bereitgestellt wird.

17. Verfahren zur Reinigung eines Mediums (5) umfassend

- Führen des Mediums (5) durch ein photoaktives Bauelement

(1) gemäß einem der Ansprüche 1-15, und

- Bestrahlen des Mediums (5) im Raumvolumen (2) mit elektromagnetischer Strahlung (6) , wobei die photokatalytischen Partikel (4) vollständig von dem Medium (2) umgeben sind.

18. Verfahren zur Spaltung eines Bestandteils (53) eines Mediums (5) umfassend

- Führen des Mediums (5) enthaltend den Bestandteil (53) durch ein photoaktives Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1-15, und

- Bestrahlen des Mediums (5) und den Bestandteil (53) im Raumvolumen (2) mit elektromagnetischer Strahlung (6) , wobei die photokatalytischen Partikel (4) vollständig von dem Medium (5) umgeben sind.

19. Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei der Bestandteil (53) Wasser oder Ammoniak ist.

20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei zumindest ein photokatalytisches Partikel (4) einen Co- Katalysator (45) umfasst.