Fällung und chemische Desintegration von polydispersem Titan(IV)-oxid (DAAD SPP 1273 Kolloidverfahrenstechnik)

Gegenstand des Forschungsprojektes ist die reaktionskinetische Untersuchung und die technische Gestaltung eines Sol-Gel-Prozesses zur Herstellung von nanoskaligen Titan(IV)-oxid durch Fällung und anschließender chemischer Desintegration. Es sollen hierbei gezielt physikalisch-chemische Produkteigenschaften (Partikelgrößenverteilung, Stabilität gegen Agglomeration, Redispergierbarkeit) gesteuert werden.
Die Veränderung der Eigenschaften der Partikelsysteme bei der Desintegration bei gleichzeitiger chemischer (diffusions- und konvektionskontrollierter) bzw. mechanisch unterstützter chemischer Beanspruchung soll experimentell erfasst und modelliert werden. Um den Desintegrationsprozess mit Hilfe von Po­pulationsbilanzen im Reaktionsraum zu beschreiben, sind hierbei die Partikelgrößenverteilungen selbst sowie die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Partikel, wie Oberflächenladung und Morphologie, zu berücksichtigen. Die theoretische Beschreibung und Modellbildung mit Hilfe von Populationsbilanzgleichungen erfolgt auf Grundlage der ablaufenden Mikroprozesse bei der Des­integration des Partikelsystems.
Zusätzlich besteht die Herausforderung darin, das erzeugte polydisperse Fällungsprodukt unmittelbar beim Fällungsprozess zu modifizieren. Titan(IV)-oxid zeichnet sich auf Grund seines hohen Brechungsindexes und der damit verbundenen Hamaker-Konstante durch eine intensive Agglomerationsneigung infolge der van-der-Waals-Wechselwirkung aus. Die Oberfläche der Partikel muss stabilisiert werden, so dass eine Redispergierung der trockenen Pulver in Wasser auch nach langen Lagerzeiträumen ohne zu hohen Energieeintrag einfach zu bewerkstelligen ist.
Damit eröffnet sich zukünftig eine Möglichkeit der Optimierung der Prozessparameter und der verfahrenstechnischen Maßstabsübertragung. Hierzu müssen Problemstellungen u.a. der Kopplung der Populationsbilanz mit dem Strömungsverhalten des Fluids im Reaktionsraum, der Raum-Zeit-Aus­beuten, der Stabilisierung bei hohen Partikelkonzentrationen im Mittelpunkt stehen.