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Projekt
Formulierung von Hetero-Aggregaten in kontinuierlich betriebenen Fließbett-Gegenstrahlmühlen
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Andreas Bück; Dr. Jochen Schmidt
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462314498
Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines kontinuierlich betriebenen Formulierungsprozesses für ternäre Heteroaggregate in Fließbettgegenstrahlmühlen ausgehend von trockenen Nanopartikeln. Die Funktionalisierung der Heteroaggregate ist in der eingestellten Zusammensetzung und Verteilung von Hetero-Kontakten begründet, die über Mischung auf der Primärpartikelskala (~ 25 nm) erzeugt werden. Die Prozessmodellierung ist ein integraler Bestandteil des Projektes: Erstens, um die Prozessfunktion (im Rumpfschen Sinne) der Formulierung zu etablieren. Zweitens, um Werkzeuge für Prozessoptimierung und -regelung zu entwickeln. Eine umfassende Charakterisierung der Eigenschaften der Heteroaggregate bildet die Verbindung zwischen Experiment und Simulation. Neben der Aufklärung der Materialfunktion des Formulierungsprozesses ermöglicht sie iterativ den Abgleich und die Verbesserung der Prozess- und Soft-Sensor-Modelle. Nachdem in der ersten Phase die Prozessstrategien, Charakterisierungsmethoden und grundlegende Modelle zur Beschreibung der Mischung von binären Hetero-Aggregaten erfolgte und die Verbindungen zwischen Prozessbedingungen und Aggregatstrukturen hergestellt wurden, fokussiert die zweite Phase eine Erweiterung des Materialspektrums und von Methoden in Hinblick auf die photokatalytische Aktivität der Heteroaggregate. Neben TiO2 und ZrO2 wird eine dritte Komponente betrachtet (BiVO4), die eine Erweiterung des nutzbaren elektromagnetischen Spektrums und die Stabilisierung der erzeugten Elektronen-Elektronenloch-Paare bewirkt. Es wird damit der Weg zu effizienteren Photokatalysatoren eröffnet. Die Ziele der zweiten Förderperiode sind: i) Etablierung und experimentelle Untersuchung eines kontinuierlichen Formulierungsprozesses für ternäre Heteroaggregate; Aufklärung der Strukturbildung in Hinblick auf Materialfunktion; ii) Entwicklung eines CFD-gestützten PBE-Modells für diesen Prozess; iii) Entwicklung eines Soft-Sensors für die photokatalytische Aktivität als Funktion der Heteroaggregat-Eigenschaften; iv) Modellbasierte Untersuchung der Dynamik, Optimierung und Steuerung der Aggregatbildung in Hinblick auf Struktur und Funktionalität; v) Erweiterung des REM-EDX- und Raman-Mapping-Ansatzes zur Aufklärung der Intra- und Interaggregat-Zusammensetzung und Mischung von ternären Aggregaten; vi) Aufklärung optischer, elektronischer und photochemischer Eigenschaften von ternären Heteroaggregaten aus Halbleitermaterialien und Charakterisierung von Heteroübergängen auf der Ebene des Partikelensembles; vii) Verknüpfung des Ensembleverhaltens und der photokatalytischen Eigenschaften der Aggregate mit Merkmalen einzelner Aggregate Projektübergreifende Zusammenarbeit im Schwerpunkt wird angestrebt, insbesondere in den Bereichen Eigenschaftscharakterisierung (z.B. TEM, Elektronentomographie, Photolumineszenz), Modellierung der Aggregatbildung auf Primärpartikelskalen (z.B. diskrete Elemente-Methoden) und den Vergleich von Prozesstechnologien.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
