Projekte im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms 2045
Kontakt: Dr.-Ing. Bernd Benker
Das CUTEC-Forschungszentrum ist im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms 2045 „Hochspezifische mehrdimensionale Fraktionierung von technischen Feinstpartikelsystemen“ an zwei grundlagenorientierten Forschungsprojekten beteiligt, die darauf zielen, feinste Partikel nach ihrer Größe zu klassieren und nach ihrer Stoffart zu sortieren. Die Arbeiten haben 2017 begonnen und befinden sich nun in der zweiten dreijährigen Forschungsphase.
Projektbeteiligte sind:
- Prof. Alfred Weber, IMVT, Antragsteller, federführend
- Dr. Bernd Benker, CUTEC, Antragsteller
- M.Sc. Juliana Ribas-Botero, Projektleiterin
- M.Sc. Leonard Hansen, Projektleiter
- Prof. Gunther Brenner, ITM, Unterstützung der Strömungssimulation
- M.Sc. Thorben Settgast, ITM, CFX-Modellierung
Im Vorhaben „Nanoblaseninduzierte Zentrifugalfeld-Flotation von Nanopartikeln“ strebt M.Sc. Juliana Ribas-Botero an, die bisher zur Wasserreinigung eingesetzte Druckentspannungsflotation zu einem stoffspezifischen Trennverfahren im Feinstbereich weiter zu entwickeln. Bisher wurde mit einem optischen Messgerät (Prinzip: Particle Tracking, d.h. Beobachtung und Auswertung der Diffusion von Einzelpartikeln) für 50 nm „große“ Nanopartikel die für die Flotation entscheidende Ausbildung von Blasen an der Partikeloberfläche systematisch untersucht (s. Abb. 1). Beim Vergleich von Platin- und Gold-Nanopartikeln zeigte sich, dass die Rauigkeit der Oberfläche eine große Rolle spielt. In Hinblick auf die Anwendung wurde so gezeigt, dass auch bei diesen sehr kleinen Partikeln eine stoffspezifische Trennung möglich ist. Nach diesen erfolgreichen Untersuchungen an idealen, hochverdünnten Stoffsystemen stehen nun in der zweite Förderungsphase praxisnahe Untersuchungen auf dem Programm.
Im zweiten Vorhaben mit CUTEC-Beteiligung hat M.Sc. Leonard Hansen in der ersten Projektphase einen „trennscharfen Abweiseradwindsichter für die Trockenfraktionierung submikroner Partikel“ konstruiert, gebaut und in Betrieb genommen. Er ist modular aufgebaut, um im weiteren Verlauf des Projektes eine Optimierung der Geometrie im Wechselspiel von Experiment und Strömungssimulation (mit CFX) zu ermöglichen. Darüber hinaus werden die in der Regel als störend aufgefassten elektrostatischen Nebeneffekte intensiv untersucht, um sie zur Sortierung zu nutzen.
Windsichtung und elektrostatische Sortierung werden für (im Vergleich zu Nanopartikeln) grobkörnige Materialien schon lange industriell eingesetzt. Die sich in diesem Projekt abzeichnenden Fortschritte zielen darauf ab, die Einsatzgrenze der Verfahren soweit ins Feine zu verschieben, dass auch im Nanometerbereich eine Trenn- und Sortiertechnik jenseits des Labormaßstabs zur Verfügung steht.
Der komplexe Aufbau des Sichters machte ein 3-dimensionales Strömungsmodell und eine instationäre Berechnung auf dem Höchstleistungsrechner-Verbund HLRN erforderlich. Die Ergebnisse zeigen u.a., dass die Größe der störenden Wirbelgebiete von den Betriebsparametern abhängt.
Weiterführende Informationen: