Funktionelle Nanopartikel-dotierte Zellulosemembranen hergestellt durch eine 'grüne' Methode

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Alexandra Wittmar
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 308691677

Die Verarbeitung von Zellulose (nachwachsender Rohstoff) mit ionischen Flüssigkeiten ('grüne' Lösungsmittel) und funktionellen Nanopartikeln wie TiO2, ZnO, Fe3O4 und Ag öffnet neue rationelle und umweltfreundliche Wege zu einer neuen Generation poröser Nanokomposite mit potentiellen Anwendungen in der Wasseraufbereitung, der Katalyse oder als selbstreinigende Materialien. Die gezielte Kontrolle des Prozesses der Nicht-Lösungsmittel initiierten Phasenseparation zur Herstellung der angestrebten mesoporösen Polymerstrukturen wie auch der gleichmäßigen Verteilung und Zugänglichkeit der Nanopartikel innerhalb der Matrix ist die Voraussetzung für die Herstellung von funktionellen Kompositen. Die effiziente Regeneration der ionischen Flüssigkeit ist eine zusätzlich wesentlich für den Projekterfolg. In früheren Arbeiten hat die Antragstellerin bereits nachgewiesen, dass hydrophile, ionische Flüssigkeiten exzellente Dispergenzien für Metalloxidnanopartikel sind. Auch der komplexe Einfluss der Seitenkettenlänge des Kations auf die Qualität des Dispergiervorgangs und auf die Stabilität der Dispersion war untersucht worden. Einige ionischen Flüssigkeiten eignen sich ebenfalls hervorragend als Lösungsmittel für Zellulose. In anderen Studien hat die Antragstellerin auch nachgewiesen, dass TiO2 dotierte poröse Celluloseacetat-Membranen eine gute photokatalytische Aktivität im Abbau von organischen Farbstoffen zeigen. Zu Beginn des Projekts werden sich die Arbeiten auf die Untersuchung des Potentials der ionischen Flüssigkeiten für die Herstellung von porösen Cellulosematerialien durch Nicht-Lösungsmittel induzierte Phasenseparation und die Steuerungsmöglichkeiten bei der Bildung der Porenstruktur fokussieren. Weiterhin wird sich die Arbeit im Projekt auf die Erforschung der Integration von Nanopartikeln mit unterschiedlicher Funktionalität in die Cellulosemembranen während des Vorbereitungsschritts konzentrieren. Besondere Aufmerksamkeit wird der Untersuchung des Einfluss der Nanopartikel auf die Phasenseparation und Bildung der Porenstruktur der Nanokomposite gewidmet; eine stabile Fixierung und gleichmäßige Verteilung des funktionellen Nanomaterials wird angestrebt. In Abhängigkeit vom verwendeten Nanopartikel wird ein gezielter Test der Funktionalität des hergestellten Nanokomposits (katalytische Aktivität, magneto-thermische Aufheizung) erfolgen. In einem separaten Teil des Projekts wird die Untersuchung der Recyclingfähigkeit der ionischen Flüssigkeiten, einschließlich ihrer Trennung von den Komponenten des Koagulationsbades erfolgen. Die Ergebnisse dieses Projektes werden die Grundlage für spätere Projekte zur Anwendung der Zellulose-basierten Nanokomposite als Trennmembran (für Ultrafiltration oder Nanofiltration bzw. in Kombination mit katalytischer Umwandlung) oder als Vorstufe für die Herstellung von Kohlenstoff-basierenden Nanokompositen mit Anwendung in der Katalyse und Energiespeicherung bilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Mattias Ulbricht