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Projekt
Bipolarer Elektrospray für die Synthese von definierten Hetero-Aggregaten: Prozessdesign und in situ Diagnostik
Antragsteller
Professor Dr. Alfred Weber; Professor Dr.-Ing. Stefan Will
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Technische Thermodynamik
Technische Thermodynamik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462396181
Nanopartikelaggregate aus zwei verschiedenen Materialien, die miteinander in Kontakt stehen, sogenannte Heteroaggregate (HA), ermöglichen eine Vielzahl neuer oder verbesserter Anwendungen, z.B. in den Bereichen Katalyse, Sensorik und Umweltsanierung. Zur vollen Ausschöpfung deren Potentials sind maßgeschneiderte Herstellungsverfahren sowie angepasste Charakterisierungsmethoden erforderlich, um die Partikeleigenschaften, insbesondere die Morphologie und Art und Stärke des Heterokontakts, zu bewerten und mit ihren Anwendungseigenschaften zu verknüpfen. Das Gesamtziel des Projekts ist die Synthese von HAs mit definierten Kontaktflächen, deren Charakterisierung und photokatalytische Anwendung. Die Synthese erfolgt mittels einer Kombination aus bipolarem Elektrospray (BPES) und einer anschließenden Temperaturbehandlung im Flugstromreaktor, wodurch eine Vielzahl von Materialkombinationen und Partikelmorphologien mit unterschiedlichen Kontaktflächen realisiert werden können. Während in der ersten Förderperiode die Syntheseroute und die In-situ-Charakterisierungsmethoden erfolgreich entwickelt wurden, fokussiert die zweite Phase auf die gezielte Synthese von HAs für ausgewählte photokatalytische Anwendungen, nämlich die Zersetzung von Farbstoffen und Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) sowie die Erzeugung von Wasserstoff. Dieses übergeordnete Ziel erfordert die Weiterentwicklung der ES-Funktionalität, der Charakterisierungsmethoden und der Bewertung der Effizienz der synthetisierten Partikelsysteme. Zu diesem Zweck muss der BPES für jedes Materialsystem angepasst werden, wobei die Betriebsbereiche der Sprühstabilität und der hohen Effizienz der bipolaren Kollisionen berücksichtigt werden müssen. Zur Kontrolle des Prozesses werden optische In-situ-Messverfahren eingesetzt, darunter Weitwinkel-Lichtstreuung (WALS), Fluoreszenzlöschung und PIV zur Bestimmung der Tröpfchen- und Aggregatgrößen und zur Gewinnung von Informationen über den Kollisionsprozess und die Verdampfungskinetik, sowie UV-Vis-Absorptionsspektroskopie (AS) zur Bestimmung der Bandlückenenergie. Zusätzliche Techniken wie Aerosol-Photoemissionsspektroskopie, TEM, XPS und ICP-MS werden zur weiteren Interpretation der Heteroaggregateigenschaften genutzt. Die optischen Messmethoden werden weiterentwickelt, einschließlich einer Streuungskorrektur für UV-Vis-AS und der Anpassung der WALS-Auswertung für komplexe Strukturen, die aus kugelförmigen und flockenartigen Partikeln bestehen. Es werden spezielle Reaktoren entwickelt und verschiedene Analysetechniken eingesetzt, um die Effizienz der synthetisierten HA-Systeme zu bewerten, die mit den HA-Eigenschaften verknüpft sind. Es wurden Kooperationen mit verschiedenen Arbeitsgruppen des SPP vereinbart, die - neben anderen Aspekten - dem besseren Verständnis des Prozesses durch Modellierungsansätze und der verbesserten Auswertung von Daten aus In- und Ex-situ-Methoden dienen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
