Mikroskopische Partikelinteraktionen in Oberflächenfiltrationsprozessen (MicSurF)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. John Linkhorst
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514031987

Bei Oberflächenfiltrationsverfahren sammeln sich die filtrierten Partikel auf der Membranoberfläche an, erhöhen den hydraulischen Widerstand und verringern die Gesamtleistung des Verfahrens. Die herkömmliche Druck-Flux-Analyse gibt keinen Einblick in die Morphologie des Filterkuchens und Auswirkungen der Partikeleigenschaften auf den Filterkuchen. In diesem Projekt wird der Einfluss der Partikeleigenschaften auf die Morphologie des Filterkuchens und den hydrodynamischen Filtrationswiderstand mithilfe mikrofluidischer In-situ-Visualisierungstechniken untersucht. Zunächst werden 3D-Partikel mit zu untersuchender Form, Größenverteilung, Porosität und Weichheit mittels mikrofluidischer Stop-Flow-Lithographie und kontinuierlicher Zwei-Photonen-Polymerisation hergestellt. Anschließend werden diese Partikel in einer mikrofluidischen Zelle filtiert und der Filterkuchen wird mit hochauflösender konfokaler Mikroskopie in-situ analysiert. Ein präzises Moduldesign mit kontrollierten Versuchsparametern wird die Visualisierung und Analyse einzelner Partikel und ihrer Wechselwirkungen ermöglichen. Darüber hinaus werden wir auf der Grundlage der Beobachtungen die mikroskopischen Phänomene in einer Filtrationszelle im Labormaßstab validieren und ihren Einfluss auf relevante Prozessbedingungen, wie z. B. den Aufbau und Abtrag des Filterkuchens, analysieren. Die Untersuchung der Filterkuchen in der Filtrationszelle im Labormaßstab weist zwar bei der Visualisierung eine geringere Auflösung auf, umfasst jedoch reale Prozessbedingungen mit realistischen Querströmungsfeldern und handelsüblichen Membranen. Dieses Projekt wird ein grundlegendes mikroskaliges Verständnis von Filterkuchen in Oberflächenfiltrationsprozessen entwickeln und so dazu beitragen, die Lücke zwischen mikroskopischen Partikeleigenschaften und empirischer Membranleistung zu schließen. Die Ergebnisse werden dazu beitragen, die Genauigkeit von mathematischen Filtrationsmodellen zu verbessern, die auf physikalischen Eigenschaften des Filtrationssystems beruhen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen