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Projekt
Kontinuierliche Klassierung von Nanopartikeln mittels selektiver Agglomeration nach Größe, Zusammensetzung und Oberflächeneigenschaften
Antragstellerin
Professorin Dr.-Ing. Doris Segets
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2017
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 382100499
Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines skalierbaren, kontinuierlichen Prozesses zur mehrdimensionalen Trennung von kolloidalen Nanopartikeln (NP) unter 20 nm durch selektive Agglomeration. Diese basiert auf dem gezielten Ausflocken von weniger stabilen NP durch Zugabe eines geeigneten Antilösungsmittels und anschließender Flockenabtrennung, während stabilere NP als dispergierte Primärpartikeln in Lösung bleiben. Durch die Kombination verschiedener selektiver Agglomerationsschritte wird eine mehrdimensionale Fraktionierung nach Größe, Zusammensetzung und Oberflächeneigenschaften erreicht.Die zweite Förderperiode unterteilt sich in drei Schwerpunkte. Zunächst wird die mehrdimensionale Trennung im Labormaßstab durch die serielle Verschaltung selektiver Agglomerationsschritte im Batch-Modus demonstriert. Die zentrale Herausforderung besteht darin, die beste Reihenfolge zu identifizieren, um eine echte 2D-Fraktionierung nach Größe und Zusammensetzung oder Größe und Oberflächeneigenschaften zu erreichen. Obwohl hauptsächlich selektive Agglomeration eingesetzt wird, werden auch geeignete Kombinationen mit anderen Trennstrategien, die über die Kooperationspartner dieses SPPs zur Verfügung stehen, untersucht. Anschließend wird mindestens ein Batchverfahren ausgewählt und in einen kontinuierlichen Prozess übertragen. Die Herausforderung ist es dabei, Konzentrationen, Verweilzeiten und Volumenströme so zu wählen, dass einzelne Trennstufen durch selektive Agglomeration kontinuierlich kombiniert werden können. Eine Prozesssteuerung ist zwingend für den Wechsel zwischen alternierend betriebenen Membranmodulen während der Flockenabtrennung erforderlich. Schließlich werden die für einphasige Materialien entwickelten Konzepte verallgemeinert und auf komplexere, technisch hochgradig relevante organisch-anorganische Hybridmaterialien übertragen. Hier dienen kohlenstoffhybridisierte TiO2-Graphen (Photokatalyse) und Si-C Partikeln (Anodenmaterial in Batterien) als Modellsysteme. Diese haben gemeinsam, dass bei der Dispergierung neue Oberfläche entsteht, die teilweise stark von den Oberflächeneigenschaften des Zielmaterials abweicht. So muss nach dem Prozess der Pulversynthese, Pulversuspendierung und -dispergierung eine 2D-Trennung nach Größe und Oberflächeneigenschaften realisiert werden, um hochperformante Photokatalysatoren oder Anodenmaterialen zu erzeugen. Partikeln, die nicht den Spezifikationen entsprechen, werden aussortiert und recycelt. Am Ende dieses Projekts wird die selektive Agglomeration als leistungsfähige Methode zur skalierbaren, mehrdimensionalen Fraktionierung kolloidaler NP zur Verfügung stehen. Ebenso werden neue Standards für die mehrdimensionale NP-Charakterisierung geschaffen und geeignete Kombinationen mit anderen Trennstrategien (z.B. Zentrifugation, (Di)elektrophorese, Flotation) identifiziert und hinsichtlich ihrer Grenzen und Möglichkeiten mit den Kooperationspartner*innen bewertet sein.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
