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Projekt
Hochpermeabler, elektrisch schaltbarer Filter zur mehrdimensionalen Sortierung suspendierter Submikropartikel
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Jorg Thöming
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2017 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 382080004
Die Sortierung von suspendierten Nano- und Submikropartikeln nach Leitfähigkeit und Form mit industriell relevanten Durchsätzen ist eine Herausforderung in Technologiefeldern, die von der Aufbereitung wertstoffhaltiger Schlämme oder Stäube bis zu innovativen Halbleitern reichen. Aufgrund der geringen Partikelgröße sind Trennmechanismen gegenüber Durchmischungen durch Diffusion oder thermischer Konvektion sehr empfindlich, wodurch konventionelle Fraktionierungsverfahren häufig an Selektivität verlieren. Ziel in diesem Projekt ist das Erreichen mehrdimensionaler Trennungen von Partikeln unterhalb von 5 µm bis in den Nanometerbereich nach Material, Form und Größe mit Trenngraden über 80 % in möglichst nur einem Apparat mit technisch relevanten Durchsätzen (500 mL/h). Hierzu wird eine elektrodenlose dielektrophoretische (ELD) Filtration entwickelt, bei der die Partikelsortierung durch elektrisch schaltbaren, selektiven Partikelrückhalt in lokalen Maxima der eingesetzten elektrischen Wechselfelder erfolgt. Der Mechanismus beruht auf der frequenzabhängigen Polarisierung von Partikeln und des umgebenden Mediums in einem inhomogenen elektrischen Feld, welches durch elektrisch isolierende Strukturen zwischen weit auseinanderliegenden externen Elektroden erzeugt wird. Es wirkt eine dielektrophoretische (DEP) Kraft auf das Partikel, welche sowohl von der Partikelgröße und –form sowie von seinen dielektrischen Eigenschaften als auch von Prozessparametern wie der angelegten Feldstärke und –frequenz abhängt.In der ersten Förderperiode konnte gezeigt werden, dass eine material- und größenselektive Trennung von Mikropartikeln (<10 µm) in elektrisch schaltbaren ELD-Filtern mit Trenngraden über 90 % möglich ist. Es wurde ein Modell entwickelt, das das Verhalten von Mikro- und Submikropartikeln skalenübergreifend sowohl in ELD-Filtern beschreibt, die in Chip-Technologie hergestellt wurden, als auch in maßstabsvergrößerten Filtern mit um drei Größenordnungen höherem Durchsatz. Ziel der zweiten Förderperiode ist die Anwendung der ermittelten Designkriterien für die mehrdimensionale Eigenschaftssortierung. Unter Einwirkung eines hochfrequenten elektrischen Feldes sollen Partikel unterhalb von 5 µm bis in den Nanometerbereich mit technisch relevanten Durchsätzen materialselektiv abgeschieden und anschließend form- oder größenspezifisch bei veränderter Feldfrequenz oder ganz ohne elektrisches Feld remobilisiert werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
