Neuartige nanoskalig beschichtete Mikrosiebe mit UV ... · Substrat Quarzglas vs. Mikrosieb...

nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification

Neuartige nanoskalig beschichtete Mikrosiebe mit UV-Aktivierung für die Wassertechnik

Dr. Christoph BohnerEnvirochemie GmbHRoßdorf

nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification

1. Projektidee

1.1 Filtration

Feststoffelimination nach Teilchengröße

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1. Projektidee

1.2 Entkeimung bzw. Oxidation

Entkeimung bzw. Oxidation von Giftstoffen/Spurenstoffen

Im Trinkwasser: Pflanzenschutzmittel, RöntgenkontrastmittelIm Abwasser: Schmerzmittel (Ibuprofen, Diclofenac), THS, Algizide

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1. Projektidee

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Grundträger Mikrosiebe - Material Nickel- Herstellung im galvanischen Prozess- Porengröße 0,5-40 µm- hohe Beständigkeit- Haptik vgl. Alufolie- Design einer Stützstruktur

2. Mikrosiebe

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Ziel: Funktionalisierung und Aktivierung Ni-µ-Siebe

Anforderungen: - beständig gegen Abrasion- beständig gegenüber aggressiven

Medien- Photoaktivivität!! - Schichtdicken 100-500 µm

3. Beschichtung

XRD (Röntgendiffraktometrie)

AFM – Aufnahme (Rasterkraftmikroskopie) einer reaktiv gesputterten Schicht

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Optimierung

Substrat Quarzglas vs. MikrosiebMehrschichtsystemeParametervariationen im Sputterprozess

3. Beschichtung

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3. Beschichtung

Radiometer

Proben

UV Lampe

Sensor RadiometerGlasscheibe

Abbau von Methylenblau nach DIN 52980

Probe: beschichtete Mikrosiebe UV-A Bestrahlung (10 W/m²) Methylenblau (10 µmol/l)

Abbaurate, Photoneneffizienzder Probekörper-Oberfläche(Aktivität zum Abbau gelösterorganischer Moleküle)

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4. UV-LED-Beleuchtung

UV-LED Module statt herkömmlicher UV-Lampen (Gasentladungslampen) als UV-Strahlungsquelle (kommerzielle UV-LEDs)

Charakterisierung und Auswahl LEDs

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Charakterisierung und Auswahl geeigneter LEDs

4. UV-LED-Beleuchtung

Thermisches Management

Modulentwicklung für UV-Testkammer

Modulentwicklung für Testreaktor

Auswahl geeigneter UV-LED´s und Charakterisierung ihrer Leistungsfähigkeit

Homogenitätsverteilung der Bestrahlungsstärke über eine Fläche von 30x40 cm² in einem Abstand

von 30 cm zur Oberkante der Reflektorflächen

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5. Abbautests

Probenmatrix: Betriebliches Abwasser

Freie Cyanide (KCN, KSCN)

Strahlungsquelle: UV-C 254 nm UV-A 365 nm

Bestrahlungsstärke: 10 W/m²

Mikrosieb (SiO2/TiO2)Beschichtungs-

system: Elektronenstrahl-

verdampfenA 86,75 cm²

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5. Abbautests

Probenmatrix: Dotiertes deionisiertes Wasser

Carbamazepin (µg/L)

- Strahlungsquelle: UV-A 365 nm

- Bestrahlungsstärke: 10,3 W/m²

- Mikrosiebe:Beschichtungssystem: Elektronenstrahl-

verdampfen nass-chemisch*A 5,03 cm²

* aus BMBF-Vorhaben „Nanobeschichtung von mikrostrukturierten und mikroskaligen Bauteilen zur Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz“

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Bau Kombimodul - Vereinigen von Filtration und UV-Oxidation/-Katalyse

6. Modul und Pilotanlagen

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6. Modul und Pilotanlagen

Designkriterien für eine Pilotanlage:

Permeatleistung etwa 200 l/hArbeitsbereich zwischen 0,5 und 1 barrealistischer Wert für Permeabilität beim Abwasser und 1 bar Druck:

5 m³/hm²bar

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6. Modul und Pilotanlagen

IBN Pilotanlage

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7. Zusammenfassung

- Mikrosiebe in der Fertigung ausgereift- Beschichtung auf Mikrosieb möglich

Sputtern und/oder Sol-Gel-Prozess- LEDs sind charakterisiert, ausgewählt und in einen Beleuchtungskörper verbaut- Erste Abbautests sind unternommen, noch nicht abgeschlossen- Laboranlagen gebaut und in Funktion- Kombimodule gebaut, noch in der Testphase- Pilotanlage gebaut und in der Testphase- Begleitende Analytik der Oberflächen und der Testsubstanzen etabliert

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8. Ausblick

- TiO2 Schichten auf µ-Sieben optimieren- Vorbereitende Abbautests vervollständigen- Implementierung Pilotanlage Trinkwasser und Abwasser- Feldtests mit den gebauten Anlagen

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Vielen Dank !