Zur Bedeutung der osmotischen Wechselwirkung bei der Fällungskristallisation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Kind
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249430102

Kristallisationsprozesse von schwerlöslichen Substanzen müssen bei hohen Übersättigungen betrieben werden, damit wirtschaftliche Raum-Zeit-Ausbeuten erreicht werden. Wegen diesen hohen Übersättigungen laufen die primären Feststoffbildungsprozesse wie Keimbildung und Wachstum mit sehr hohen Raten ab und die kristalline Phase bildet sich innerhalb von Sekunden oder gar Bruchteilen von Sekunden. Auf Grund dieser hohen Raten spricht man auch von Fällungskristallisation. Insbesondere wegen der hohen Keimbildungsraten ist die entstehende kristalline Phase typischerweise sehr feinkörnig. Partikelgrößen, die durch eine Fällung erzielt werden können, liegen im Nanometer- und unteren Mikrometerbereich. Neben anderen Verfahren stellt die Fällungskristallisation deshalb ein wichtiges Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln dar. Die gebildeten primären Partikel können eine Reihe von sekundären Prozessen wie Agglomeration, Rekristallisation und Alterungsprozesse durchlaufen, welche die Eigenschaften des letztendlich erhaltenen, gefällten Produktes merklich beeinflussen. Um Voraussagen über die bei der Fällungskristallisation entstehenden Partikeleigenschaften (Partikelgrößenverteilung, Morphologie, usw.) treffen zu können, müssen die entscheidenden Partikelbildungsmechanismen erkannt und quantifiziert sein. Ziel der mit dem hier beantragten Forschungsvorhaben geplanten Untersuchungen ist die Klärung der Hypothese, dass es während des Kristallwachstums zu einer osmotischen Wechselwirkung zwischen den entstehenden Teilchen kommen kann. Abschätzende Rechnungen zeigen, dass anziehende Wechselwirkung vergleichsweise stark und von kurzer Reichweite sein sollte. Ferner sollte es diese Wechselwirkung von Bedeutung für die Aggregation von Primärpartikeln während des Übersättigungsabbaus bei der Fällung sein. Die osmotische Wechselwirkung ist in der Literatur jedoch bisher als phänomenologischer Einfluss im Zusammenhang mit der Partikelbildung bei der Fällung noch nicht beschrieben worden. Zum Nachweis der osmotischen Wechselwirkung bietet sich die in-line Röntgenbeugung mit Synchrotron-Strahlung als vielversprechende Untersuchungsmethode an. Hierzu ist diese Methode gegenüber dem bisherigen Stand weiter zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen