Hochschularbeit

Beate Skasa-Lindermeir: Untersuchung der Wirksamkeit von photokatalytischem Titandioxid als Prophylaxe gegen mikrobiellen Befall von Sandsteinen. Zurück
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Zusammenfassung: Im Rahmen dieser Arbeit wird das photokatalytische Prinzip eingesetzt, um Algenwachstum auf Sandsteinen einzudämmen. Auf Probekörper aus zwei ausgewählten Sandsteinen, dem feinkörnigen Obernkirchener Sandstein und dem grobporigen Hilssandstein, werden verschiedene Titandioxidsuspensionen appliziert.
Nach der Beimpfung mit Algen werden die Probekörper im Freilandversuch zwei Monate lang beobachtet. Ferner werden vergrünte Prüfkörper aus Obernkirchener Sandstein und Hilssandstein mit verschiedenen Titandioxidsuspensionen beschichtet. Eine mögliche Reduktion der Algen durch die Titandioxid-beschichtungen wird durch die Untersuchung der Konzentration des Chlorophyllgehalts nachgeprüft.
Außerdem wird der Einfluss der verschiedenen Suspensionen auf die physikalischen Eigenschaften der Sandsteine, wie Porosität und Wasseraufnahmevermögen untersucht. Elektronenmikroskopische Untersuchungen geben Aufschluss darüber, wie sich die Anbindung des photokatalytischen Titandioxids an die Sandsteinoberflächen darstellt. Mit dem EDX wird die Eindringtiefe und die Verteilung des Titandioxids in den Proben analysiert. Die Photokatalytische Aktivität der verschiedenen Suspensionen auf bewitterten und unbewitterten Probekörpern wird anhand des Methylstearatabbaus geprüft.
Mit der Summe aller Erkenntnisse wird am Ende ein Fazit gezogen, ob das photokatalytische Titandioxid als Prophylaxe gegen Algenwachstum eingesetzt werden kann.

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Schlagworte: Algenprophylaxe, Titandioxid, Reduktion von Algen, Hilssandstein, Obernkirchner Sandstein
Inhalt: INHALTSVERZEICHNIS
1.EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG
1.1 Einleitung S.1-3
1.2 Zielsetzung S.3-4

2.THEORETISCHE GRUNDLAGEN
2.1 Mikrobielles Wachstum auf Naturstein S.5-6
2.2 Titandioxid S.7-8
2.2.1 Modifikationen Rutil, Anatas und Brookit
S.8-10
2.2.2 Herstellung von Titandioxid mit dem Sulfatverfahren S.11
2.2.3 Herstellung von Titandioxid mit dem Chloridverfahren S.12
2.3 Photokatalyse S.13-15
2.4 Forschungsstand S.16-18

3. MATERIAL UND METHODEN
3.1 Material S.19
3.1.1 Verwendete Steinsorten S.19
3.1.1.1 Obernkirchner Sandstein S.20-23
3.1.1.2 Hilssandstein S.24-27
3.1.2 Verwendete Algen S.27
3.1.2.1 Chlorella vulgaris S.30
3.1.2.2 Stichococcus baccilaris S.31
3.1.2.3 Hormidium (Synonym: Klebsormidium)
S.32-33
3.1.2.4 Pleurococcus vulgaris (Synonym: Parasiococcus calcarius) S.34
3.1.3 Verwendete Titandioxidsuspensionen
S.35
3.1.3.1 Im Atelier hergestellte Titandioxidsuspensionen S.36
3.1.3.2 Im Labor der Technischen Chemie der Universität Hannover hergestellte Titandioxidsuspensionen S.37-38
3.1.3.3 Titandioxidsuspensionen von Projektpartnern S.38-39
3.2 Methoden S.40
3.2.1 Untersuchung der Wirksamkeit der Titandioxidsuspensionen im Freilandversuch
S.40
3.2.1.1 Herstellung und Kennzeichnung der Probekörper S.41-42
3.2.1.2 Applikation der Titandioxidsuspensionen
S.43-44
3.2.1.3 Nachbehandlung der beschichteten Probekörper S.45
3.2.1.4 Beimpfung der Probekörper mit Algen
S.46-47
3.2.1.5 Befestigung der Probekörper auf einem Bewitterungsgestell S.48-49
3.2.1.6 Durchführung und Probleme S.50-53
3.2.1.7 Untersuchung der Wirksamkeit der Titandioxidsuspensionen auf vergrünten Prüfkörpern S.53-54
3.2.2 Untersuchung des Einflusses der Titandioxidsuspensionen auf die Porosität der Sandsteine S.54-55
3.2.2.1 Grundlagen und Messprinzip
S.55-56
3.2.2.2 Vorbereitung der Probekörper S.57-59
3.2.2.3 Messung der Porosität S.60
3.2.3 Untersuchung des Einflusses der Titandioxidsuspensionen auf das Wasseraufnahmevermögen der Sandsteine S.61
3.2.3.1 Grundlagen und Messprinzip S.61
3.2.3.2 Vorbereitung der Probekörper für die Wasseraufnahmeprüfung S.62
3.2.3.3 Durchführung der Messungen S.63
3.2.4 Untersuchung der photokatalytischen Aktivität der Titandioxidbeschichtung durch Messung von Methyl-stearatabbau am GC S.63
3.2.4.1 Grundlagen und Messprinzip S.64
3.2.4.2 Durchführung der Messungen S.64-65
3.2.5 Elektronenmikroskopische Untersuchunge
S.66
3.2.5.1 Untersuchung der Eindringtiefe der Titandioxidsuspensionen mit EDX S.66
3.2.5.2 Untersuchung der Anbildung des Titandioxids auf den Sandsteinoberflächen mit Hilfe des Rasterelektronenmikroskops S.67
3.2.5.3 Mapping der Eindringtiefe mit EDX an ausgesuchten TiO2-Suspensionene S.68
3.2.5.4 Vorbereitung der Proben für die elektronenmikroskopischen UntersuchungenS.68-73
3.2.6 Untersuchung des Chlorophyllgehalts an beschichteten und unbeschichteten Probekörperflächen S.74
3.2.6.1 Grundlagen und Messprinzip S.74-75
3.2.6.2 Durchführung der Messungen S.75-76

4.ERGEBNISSE UND DISKUSSION
4.1 Ergebnisse der Untersuchung der Wirksamkeit der Titandioxidsuspensionen im Freilandversuch
S.77
4.1.1 Bewertung der beschichteten Prüfkörperoberflächen nach der Trocknung und Temperierung S.77
4.1.1.1 Prüfkörperoberflächen nach fünftägigem Trocknen bei Zimmertemperatur S.78-82
4.1.1.2 Prüfkörperoberflächen nach Temperierung bei 300°C (15 Minuten) S.83-88
4.1.1.3 Zusammenfassung der Ergebnisse und Diskussion S.89-90
4.1.2 Bewertung der vergrünten, beschichteten Prüfkörperoberflächen nach 17 Reaktionstagen
S.90
4.1.2.1 Bewertung der vergrünten, beschichteten Probekörper aus Obernkirchner Sandstein S.91-103
4.1.2.2 Bewertung der vergrünten, beschichteten Probekörper aus Hilssandstein S.104-116
4.1.2.3 Zusammenfassung der Ergebnisse und Diskussion S.117-118
4.2 Ergebnisse der Untersuchung des Einflusses der Titandioxidsuspensionen auf die Porosität der Sandsteine S.119
4.2.1 Ergebnisse der Porositätsmessung am Obernkirchner Sandstein S.120-122
4.2.2 Ergebnisse der Porositätsmessung am Hilssandstein S.123-125
4.2.3 Zusammenfassung der Ergebnisse und Diskussion S.126-128
4.3Ergebnisse der Untersuchung des Einflusses der Titandioxidsuspensionen auf das Wasseraufnahmevermögen der Sandsteine S.129
4.3.1Wasseraufnahmevermögen des Hilssandsteins S.129-130
4.3.2Wasseraufnahmevermögen des Obernkirchner Sandsteins S.130
4.3.3 Zusammenfassung der Ergebnisse und Diskussion S.131-132
4.4 Ergebnisse der Untersuchung der photokatalytischen Aktivität S.133
4.4.1Ergebnisse der Untersuchung der photokatalytischen Aktivität am Obernkirchner Sandstein S.134-135
4.4.2Ergebnisse der Untersuchung der photokatalytischen Aktivität am Hilssandstein
S.135-136
4.4.3 Zusammenfassung der Ergebnisse und Diskussion S.137-138
4.5 Ergebnisse der elektronenmikroskopischen Untersuchungen S.139
4.5.1 Ergebnisse der Untersuchung der Eindringtiefe der Titandioxidsuspensionen mit EDX S.139-142
4.5.1.1 Zusammenfassung der Ergebnisse und Diskussion S.142-143

4.5.2 Ergebnisse der Untersuchung der Anbildung der Titan-dioxidsuspensionen auf den Sandsteinoberflächen mit Hilfe des Rasterelektronenmikroskops S.144
4.5.2.1 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen des beschichteten und unbeschichteten Hilssandsteins S.144-147
4.5.2.2 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen des beschichteten und unbeschichteten Obernkirchner Sandsteins S.148-152
4.5.2.3 Zusammenfassung der Ergebnisse und Diskussion S.152-153
4.5.3 Ergebnisse des Mappings der Eindringtiefe mit EDX an ausgesuchten TiO2-Suspensionen
S.153-162
4.5.3.1 Zusammenfassung der Ergebnisse und Diskussion S.162
4.6 Ergebnisse der Untersuchung des Chlorophyllgehalts an beschichteten und unbeschichteten Probekörperflächen S.163-164
4.6.1 Chlorophyllgehalt an beschichteten und unbeschichteten Probekörperflächen am Obernkirchner Sandstein S.165
4.6.2 Chlorophyllgehalt an beschichteten und unbeschichteten Probekörperflächen am Hilssandstein S.166
4.6.3 Zusammenfassung der Ergebnisse und Diskussion S.167
5. FAZIT S.168-169
6. LITERATURVERZEICHNIS S.170-174
7. ABBILDUNGSVERZEICHNIS S.175-181
8. TABELLENVERZEICHNIS S.181-182

9. ANHANG S.183

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weitere Angaben:
  • Hochschule:  HAWK Hildesheim/ Holzminden/Göttingen
  • Art der Arbeit:  Masterarbeit
  • Erstprüfer:  Prof. Dr. Karin Petersen
  • Zweitprüfer:  Prof. Dr. Detlef Bahnemann
  • Abgabedatum:  2007
  • Sprache:  Deutsch
  • Seitenzahl:  182
  • Abbildungen:  97
 
Kontakt:
 
Beate Skasa-Lindermeir
Mühlenstraße 9
Restaurierungsatelier
29393  Groß Oesingen
Deutschland
restaurierung@[Diesen Teil loeschen]skasa.de
www.skasa-restaurierung.de
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