Öl/Wasser-Separation durch verbesserte Koaleszenz von Ölmikrotröpfchen an spinnenfädenähnlichen Strukturen

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Thomas Stegmaier
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392004639

Die Abtrennung von feinverteiltem Öl aus industriellen und natürlichen Gewässern zum Schutz der Umwelt und zur weltweiten Versorgung mit sauberem Trinkwasser hat sich zu einer zunehmenden weltweiten Herausforderung entwickelt. Die etablierten Methoden zur Abscheidung von Öltröpfchen setzen extreme Bedingungen, eine teure Ausrüstung, komplexe Geräte, komplizierte Verarbeitungsschritte, hohe Kosten oder lange Bearbeitungszeiten voraus.Dieses Vorhaben zeigt den strukturellen Einfluss der Mikro- und Makrogeometrie von Faseroberflächen auf die Sorption von Öl und dessen Abtrennung aus fließenden wässrigen Medien. Wir analysieren die Grundprinzipien eines örtlich gerichteten Transportes von Öltröpfchen in Wasser auf chemisch und topographisch strukturierten Oberflächen. Dieser innovative biomimetische Forschungsansatz für eine effizientere Ölkoaleszenz leitet sich aus den Mechanismen der Tröpfchenhaftung und Koaleszenz auf strukturierten natürlichen Oberflächen wie Spinnennetzfasern ab. Ihre Spindel-Knoten-basierte Perlenketten-Struktur fördert die Koaleszenz von Tauwassertröpfchen auf den Fasern. In einer einzigartigen Methodik werden die bekannten Auswirkungen der Struktureigenschaften auf die Tröpfchen-Koaleszenz im Dreiphasensystem Faser-Luft-Wasser auf das Faser-Wasser-Öl-System übertragen und durch theoretische Modellierung, spezielle Faser-Spinnerei sowie Analyse der Oberfläche und der Koaleszenz untersucht. Der Tröpfchen-Transport (Partikelbewegung), die Kinetik und die Thermodynamik der Öltröpfchen-Anbindung unter Wasser an eine Gradienten-Faserstruktur und anschließende Koaleszenz sowie überlagerte Druckdifferenzen liefern sehr komplexe Bedingungen, die in ihrer detaillierten Wechselwirkung noch nicht verstanden wurden. Zu diesem Zweck werden die relevanten biologischen Modelle - mit Priorität auf Spinnenfasern - weiter untersucht, Modelle etabliert und der Ölabsorptionsmechanismus in Abhängigkeit von den Strukturen entwickelt. Die Ergebnisse werden technisch umgesetzt, indem die gefundene und berechnete Faseroberflächenmorphologie und chemische Zusammensetzung in neuen textilen und metallischen Filterstrukturen für eine verbesserte Koaleszenz- und Filterwirksamkeit übertragen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Yan Liu