AiF-FV-Nummer 18298 N

Verfahrenstechnische Optimierung der sprayflammengestützten Partikelsynthese zur Herstellung von Eisenoxid-Nanopartikeln mittels in-situ Laserdiagnostik


Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.05.2015 bis 30.04.2018

Forschungsstellen

  • Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V.
    Bliersheimer Str. 60, 47229 Duisburg
    http://www.iuta.de

  • Universität Duisburg-Essen Fakultät Ingenieurwissenschaften Institut für Verbrennung und Gasdynamik Verbrennung und Gasdynamik
    Lotharstr. 1, 47048 Duisburg
    http://www.vug.uni-duisburg.de

Zusammenfassung

Nanostrukturierte Partikel zeigen mechanische, optische, elektronische und magnetische Eigenschaften, die sich oft grundlegend von denen des „grobkörnigen“ Materials unterscheiden. Derartige Materialien mit hoher Reinheit und anwendungsspezifisch eingestellten Eigenschaften haben ein hohes Anwendungspotenzial – beispielsweise in der Energietechnik, der Katalyse und der Kunststofftechnik. Die Sprayflammen-Partikelsynthese ist auf Grund ihrer Wirtschaftlichkeit für den kommerziellen Einsatz von großem Interesse und wird in der Industrie bereits zur Herstellung von Nanopartikeln mit geringer Spezifität genutzt. Materialien mit hochspezifischen Eigenschaften können aber bisher nur in Kleinstmengen produziert werden. Eine Prozessskalierung ist aufgrund mangelnder Einblicke in die grundlegenden physikalisch-chemischen Prozesse bisher nur möglich, wenn eine starke Absenkung der Produktqualität in Kauf genommen wird. Das vorliegende Forschungsvorhaben soll das Verständnis der Sprayflammensynthese zur Partikelbildung am Beispiel von Eisenoxid durch berührungslose optische Messungen vertiefen, sowie die Optimierung und Skalierung des Prozesses durch physikalisch-basierte Modellierung und Simulation ermöglichen. Nach Abschluss des Vorhabens werden einerseits Designvorschriften für Synthesereaktoren und anderseits Rezepte zur gezielten Partikelherstellung vorliegen. Eisenoxide sind einerseits als katalytische und magnetische Materialien von Interesse und besitzen andererseits als Additive vielversprechendes Potenzial im Bereich Schmiermitteltechnik oder bei der Einbettung in Kunststoffen, um die Rheologie durch äußere Magnetfelder zu beeinflussen. Wirtschaftlich relevant wird derartiges Material, wenn es beispielsweise als Additiv eingesetzt wird, wobei häufig ein geringer Anteil (<< 10%) zur Aufprägung der gewünschten Funktion ausreicht. Die kommerzielle Synthese ist zeitnah in Reaktoren im mittleren Maßstab (1 Tonne/Jahr) insbesondere für KMU realistisch.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente