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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
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
1. Projektidee
1.2 Entkeimung bzw. Oxidation
Entkeimung bzw. Oxidation von Giftstoffen/Spurenstoffen
Im Trinkwasser: Pflanzenschutzmittel, RöntgenkontrastmittelIm Abwasser: Schmerzmittel (Ibuprofen, Diclofenac), THS, Algizide
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
1. Projektidee
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
Grundträger Mikrosiebe - Material Nickel- Herstellung im galvanischen Prozess- Porengröße 0,5-40 µm- hohe Beständigkeit- Haptik vgl. Alufolie- Design einer Stützstruktur
2. Mikrosiebe
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
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
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
Optimierung
Substrat Quarzglas vs. MikrosiebMehrschichtsystemeParametervariationen im Sputterprozess
3. Beschichtung
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
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)
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
4. UV-LED-Beleuchtung
UV-LED Module statt herkömmlicher UV-Lampen (Gasentladungslampen) als UV-Strahlungsquelle (kommerzielle UV-LEDs)
Charakterisierung und Auswahl LEDs
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
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
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
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“
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
Bau Kombimodul - Vereinigen von Filtration und UV-Oxidation/-Katalyse
6. Modul und Pilotanlagen
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
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
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
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
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
8. Ausblick
- TiO2 Schichten auf µ-Sieben optimieren- Vorbereitende Abbautests vervollständigen- Implementierung Pilotanlage Trinkwasser und Abwasser- Feldtests mit den gebauten Anlagen
nANO meets water IV, Oberhausen 2012 nanoPurification
Vielen Dank !