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Projekt
Selektive flüssig-flüssig Partikelextraktion
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Urs Peuker
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2017 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 382122817
Das Ziel des Vorhabens ist die mehrdimensionale Trennung von feinen Partikeln (< 500 nm) an flüssig-flüssig-Grenzflächen. Die Mehrdimensionalität der Trennung bezieht sich auf (1) die materialspezifische Trennung und (2) die größenbezogene Trennung.Die materialspezifische Trennung wird durch eine selektive Hydrophobierung der Zielpartikel erreicht. Diese Hydrophobierung beruht auf der elektrostatisch gesteuerten Adsorption ionischer Surfactants, die durch hydrolysierbare Metallkationen zur Erzeugung eines Trennmerkmals unterstützt wird. Sie dienen als Adsorptionsbrücken zwischen der Oberfläche und dem ionischen Surfactant. Diese spezielle Art der Adsorption hat den Vorteil, dass sie materialspezifisch und reversibel ist. Die Reversibilität dieses Vorganges ist von zentraler Bedeutung, da damit die Hydrophobizität der Partikel durch eine Änderung des pH-Wertes in der wässrigen Phase gezielt gesteuert werden kann. Die Fixierung von Partikeln in flüssig-flüssig-Grenzflächen ist eine Funktion der Partikelgröße. Bei einem gegebenen Benetzungswinkel und einer gegebenen Grenzflächenspannung werden große Partikel effektiver in einer Grenzfläche fixiert als kleine. Für kleine Partikel kann man erwarten, dass ein vollständiger Phasentransfer stattfindet. Die genaue Größe, bei der ein vollständiger Phasentransfer stattfindet, hängt von der Grenzflächenspannung und dem Benetzungswinkel ab. Diese beiden Größen werden wiederrum maßgeblich durch die Konzentration und Art des Surfactants sowie die Salzkonzentration beeinflusst, wodurch die Trennung gesteuert werden kann. Der prinzipielle Ansatz zur mehrdimensionalen Trennung erzeugt eine definierte Pickering-Emulsion als Trennwerkzeug. Die kontinuierliche Phase besteht aus einer wässrigen Suspension (bspw. SiO2, Al2O3 und/oder TiO2 im Größenbereich 20-500 nm) mit definierter chemischer Zusammensetzung (pH-Wert, hydrolysierbares Salz, ionisches Surfactant). Dies ermöglicht die selektive Hydrophobierung der Zielpartikel. Als aufnehmende Ölphase wird ein langkettiges n-Alkan gewählt. Nachdem die wässrige und ölige Phase emulgiert sind, wird erwartet, dass nur die kleinen Partikel der Zielkomponente in die ölige Phase überführt werden, größere Partikel in der Wasser-Öl Grenzfläche fixiert werden und alle weiteren Partikelarten in Suspension bleiben. Der wesentliche Schritt zum Abschließen der Trennung ist die kontrollierte Freisetzung größerer Partikel aus der flüssig-flüssig-Grenzfläche. Dies wird erreicht, indem die ölige Phase der Emulsion eingefroren wird. Dies fixiert die kleinen Partikel innerhalb der Ölphase, während die gröberen an der Grenzfläche weiterhin zugänglich sind. Es werden mehrere Strategien untersucht, um diese aus der Grenzfläche zurück in die Suspension zu überführen: Reversible Desorption der Metallkationen kombiniert mit oberflächlichem Schmelzen der Tropfen. Der Gesamtprozess wird mit einer mehrdimensionalen Trenngradfunktion für verschiedene chemische Trennparameter quantifiziert.
DFG-Verfahren
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