Formgebung von MOF-Materialien mittels Wirbelschichtagglomeration

Mikroporöse MOF-Materialien (Metal-organische Gerüstverbindungen) zeigen ein breites Anwendungspotential, fallen jedoch bei den typischen Syntheserouten stets als Pulver an und müssen für unterschiedlichste technische Prozesse zunächst in eine handhabbare Form gebracht werden. Eine mögliche Methode ist die Wirbelschichtagglomeration bei der die kleinen Primärkristalle (ca. 5-10 Mikrometer) als Wirbelbett fluidisiert und mit Hilfe einer Binder-Lösung agglomeriert werden. Herausforderungen entstehen, insbesondere bei den MOF-Materialien, im Hinblick auf (1) die geringe Größe der Primärpartikel, (2) die geringe Dichte der Materialien, (3) die Einschränkungen bei der Binderauswahl aufgrund von zu gewährleistender Mikro- und Makroporosität im Granulatkorn und thermischer Stabilität der MOFs und (4) die Verfügbarkeit großer Substanzmengen für die zur Optimierung nötigen Versuchsreihen. Viele interessante MOF-Materialien sind (noch) nicht kommerziell erhältlich und Studien zu ihrer Agglomeration erfordern zunächst die Herstellung erheblicher Produktmengen (im kleineren technischen Kilogramm-Maßstab) die auch mit der Notwendigkeit eines Skale Ups verfügbarer Syntheserouten einher geht.

Die Arbeiten im Wirbelschichtreaktor erfolgen in Kooperation mit Dr.-Ing. Torsten Hoffmann vom LS Thermische Verfahrenstechnik unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Evangelos Tsotsas, OVGU.

Shaping MOF materials by means of fluidized bed agglomeration

Microporous MOF materials (metal-organic framework compounds) have a wide range of potential applications, but are always produced as powders in typical synthesis routes and must first be converted into a manageable form for a wide variety of technical processes. One possible method is fluidized bed agglomeration, in which the small primary crystals (approx. 5-10 micrometres) are fluidized as a fluidized bed and agglomerated with the aid of a binder solution. Challenges arise, especially with MOF materials, with regard to (1) the small size of the primary particles, (2) the low density of the materials, (3) the restrictions in binder selection due to the micro- and macroporosity to be ensured in the granulate grain and the thermal stability of the MOFs and (4) the availability of large quantities of substances for the series of tests required for optimization. Many interesting MOF materials are not (yet) commercially available and studies on their agglomeration initially require the production of considerable product quantities (on a smaller technical kilogram scale), which is also associated with the need to scale up available synthesis routes.

The work in the fluidized bed reactor is carried out in cooperation with Dr.-Ing. Torsten Hoffmann from the LS Thermal Process Engineering under the direction of Prof. Dr.-Ing.
This text was translated with DeepL on10/11/2025