Entschlüsselung der Transport- und Ablagerungsmechanismen virenähnlicher Kolloide in der Tiefenfiltration

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Wessling
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455822746

Die membranbasierte Tiefenfiltration ist weit verbreitet, beispielsweise bei der Virenfiltration und der Entfernung von Verunreinigungen. Die Leistung der Tiefenfiltration wird häufig durch den Trade-off zwischen Permeabilität und Rückhaltung begrenzt. Ein grundlegendes Verständnis des Kolloid- und Partikeltransports sowie ihrer Ablagerungsphänomene in der Tiefe des porösen Mediums ist von fundamentalem Interesse. Es gibt eine Vielzahl von Studien, die die Leistung der Tiefenfiltration entweder durch makroskopisch messbare Durchbruchskurven und Flussdruckdiagramme oder durch die mikroskopische Analyse der Membran nach der Filtration beschreiben. Auf der Grundlage dieser makroskopischen Messungen werden Hypothesen über Transport- und Ablagerungsphänomene aufgestellt. Für die grundlegenden Transport- und Ablagerungsphänomene fehlt jedoch noch eine mikroskopische experimentelle Analyse und Validierung.Viele Phänomene wie der Einfluss von Form und Verformbarkeit des Kolloids und der Partikel, ihre Resuspendierung und der Einfluss der Oberflächeneigenschaften sind nur unzureichend verstanden. Diese Phänomene innerhalb der porösen Medien nicht-invasiv in Echtzeit zu beobachten stellt die entscheidende Limitierung dar, weshalb die Transport- und Ablagerungsphänomene bisher noch immer nicht mikroskopisch verstanden werden.In diesem Projekt sollen die mikroskopischen Transport- und Ablagerungsphänomene innerhalb poröser Medien in-situ charakterisiert werden, und zwar durch (a) Mikro-Engineering sowohl der Kolloide als auch der porösen Filterstrukturen integriert mit (b) hochentwickelten Visualisierungsmethoden wie Mikropartikel-Velocimetry µPIV, Fluorescent Lifetime Imaging (FLIM) und konfokaler Mikroskopie. Die Methodik ermöglicht es uns, das komplexe Wechselspiel zwischen Transport- und Ablagerungsphänomenen zu entschlüsseln. Ihre experimentelle Beobachtung hilft ein grundlegendes Verständnis des Abscheideprozesses bei der Tiefenfiltration zu erzielen und ermöglicht eine Klassifizierung mikroskopischer Ereignisse, die mit der realen Membranfilterleistung in Verbindung gebracht werden können. Ergänzt durch unsere laufenden numerischen Arbeiten wird dieses Wissen eine Voraussetzung dafür sein, die Lücke zwischen der mikroskopischen kolloidalen Domäne und der makroskopischen Filtrationswelt zu schließen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen