Synthese komplexer Nanomaterialien im Pilotmaßstab –
Teilprojekt 6 der DFG-Forschungsgruppe 2284 „Modellbasierte skalierbare Gasphasensynthese komplexer Nanopartikel“
In seiner Sitzung am 23.09.2021 bewilligte der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) zum zweiten Mal eine weitere Förderung der Forschungsgruppe 2284 (FOR2284). Damit können am IUTA die erfolgreichen Arbeiten zur Synthese komplexer Nanomaterialien im Pilotmaßstab in Teilprojekt 6 der FOR2284 zwei weitere Jahre fortgeführt werden.
In den beiden vorangegangenen Förderperioden konnte gezeigt werden, dass sowohl Langzeitstabilität von aus dem Labormaßstab übertragenen Prozessen als auch eine gleichbleibende Produktqualität im Technikumsreaktor erreichbar sind. Es zeigt sich jedoch, dass eine Korrelation von Reaktor-Geometrien, Prozessbedingungen und Partikeleigenschaften zwischen Labor- und Technikumsmaßstab nur schwer herzustellen ist.
Daher sollen in der dritten Periode zwei Aspekte besonders untersucht werden:
i) Umsetzung von Ergebnissen zur Synthese inline-beschichteter Partikel vom Labor- in den Technikumsmaßstab mit Fokus auf Quench- und Mischungsprozessen:
Die Stabilisierung von Partikeln einer bestimmten Zusammensetzung, Form, Aggregationsgrad und Morphologie erfordert eine schnelle Inline-Beschichtung der Partikel. Die Effekte, die sich durch die Skalierung der Querschnittsflächen vom Labor- in den Technikumsmaßstab ergeben müssen geeignet beschrieben und ein gezieltes, schnelles Mischen und somit die Stabilisierung unterschiedlicher Nanomaterialien muss ermöglicht werden. Die Erstellung eines passenden Parameterraumes zur gezielten Prozessführung erfolgt in Kooperation zwischen Experiment, optischen Messverfahren sowie Modellierung und Numerik.
ii) Gezielte Untersuchungen, welchen Einfluss turbulente Strömungsbedingungen auf die Partikelbildung haben:
Im Vergleich zu geometrisch kleineren Laborreaktoren liegen in den größeren Technikumsanlagen zwangsläufig turbulente Strömungen vor. Diese haben einen starken Einfluss auf das Produkt. So ist es z.B. möglich, dass in einem Reaktor mit turbulenter Strömung kleinere und weniger agglomerierte Partikel mit einer engeren Größenverteilung hergestellt werden. Andererseits besteht aufgrund größerer Reaktorgeometrien im Vergleich zu Laborreaktoren die Gefahr der Bildung großräumiger Rezirkulationen und damit verbunden sehr unterschiedliches Verweilzeitverhalten der hergestellten Partikel, was sich unmittelbar auf die Produkteigenschaften auswirkt. Die Beherrschung dieser komplexen Herausforderung kann sinnvoll nur durch die enge Kooperation zwischen Experiment, optischen Messverfahren sowie Modellierung und Numerik gelingen. Dadurch wird es möglich, die Ergebnisse perspektivisch für das Materialdesign zu nutzen.
Abbildung: CAD-Zeichnung des Flammenreaktors im Technikumsmaßstab und schematische Darstellung der im Projekt geplanten Turbulenz-Untersuchung durch Verwendung unterschiedlicher fraktaler Gitter
Projektleitung (TP6, IUTA): Dr.-Ing. Sophie M. Schnurre
Weitere Informationen und Projektpartner: https://www.uni-due.de/for2284/
Förderhinweis:
Das Projekt FOR2284 wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert.
