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© Fraunhofer
Potenziale von Nanopartikeln und Membranen für die Wasser-/Abwasser-behandlung
Dr. Carsten Gellermann
Kompetenzfeld Nanopartikel und Komposite
Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
„Nano Meets Water“, Oberhausen
11. November 2010
© Fraunhofer
Inhalt
Einleitung
Motivation – Nanomaterialien und Wasser
Entgiftung
Schad- und Wertstoffentfernung
Korrosionschutz
Membran- und Partikelentwicklungen am ISC
Zusammenfassung
© Fraunhofer ISC
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Rd. 300 Mitarbeiter, 170 Festangestellte10 Kompetenzfelder, 3 Zentren,6 Geschäftsfelder, 1 Fraunhofer-Projektgruppe (Bayreuth)
Institutshaushalt 2009:16,6 Mio €, davon 10,1 Mio € aus Auftragsforschung und
6,5 Mio € institutioneller Förderung
Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC - Überblick
Innovative Werkstoffe und Prozessefür die Produkte von morgen
Bronnbach
Bayreuth
Würzburg
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Sauberes Wasser in der Welt
Text in Aufzählung 20 pt
Text in Aufzählung
Text eingerückt
Text eingerückt
Text
© Fraunhofer ISCQuelle: Environment Canada, Freshwater Website 2004
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Besonderheiten von Nanomaterialien Große spezifische Oberflächen
Hohe Reaktivität
Transparenz
Farbigkeit
Multifunktionalität
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Partikelgröße in nm
spez
ifisc
he O
berf
läch
e in
m2/
g
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Motivation - Ausgewählte Themenfelder
Korrosion von Leitungssystemen
Antifouling(anorg., org., partikulär, Bio)
Toxikologie, Entgiftung
Nano-materialien
EntsalzungEntkeimung
Wertstoffrecycling
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Auswahl an relevanten Nanomaterialien für Wasseranwendungen
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CarbonNanotubes(CNT)
Metall(oxid)-Partikel
Zeolithe
Dendrimere
Anorganische
Organische
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Schad- und Wertstoffentfernung
Nanopartikel und Hohlfasern
Text in Aufzählung 20 pt
Text in Aufzählung
Text eingerückt
Text eingerückt
Text
© Fraunhofer ISC
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Schadstoffe und Wertstoffe
Lithium
Lanthanoide
Übergangsmetalle (Pd, Co, Nb, ...)
Phosphor
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Anorganische, u.a.
Arsen
Uran
Cadmium
Blei
Organische, u.a.
Halogenierte Kohlenwasserstoffe
Antibiotika
Hormone
Biologische, u.a.
Bakterien
Algen
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Selektive Entfernung von Einzelkomponenten
Konzept: Magnetseparation mit Partikeln
Text in Aufzählung 20 pt
Text in Aufzählung
Text eingerückt
Text eingerückt
Text
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Prinzip der Magnettechnologie aus der Biochemie
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Entwicklung kostengünstiger Magnetpartikel
2µm
20nm
SuperparamagnetischeNanopartikel
Phosphat-bindende Matrix
PhosphatbindendeOberfläche,wenn Matrix inert
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Magnetische Abscheidung im großen Maßstab
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Quelle: Magnetbandabscheider, Fa. Steinert
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SelbstreinigendSelbstreinigend
AntibeschlagAntibeschlag
BewuchshemmendBewuchshemmend
WasserreinigungWasserreinigungLuftreinhaltungLuftreinhaltung
Zersetzung
Hydrophilie
Anwendungsfelder der Photokatalyse
Photokatalysator
Easy to cleanEasy to clean
AntimikrobiellAntimikrobiell
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Fraunhofer-Allianz für PhotokatalyseUnser Aktivitätsspektrum
Materialentwicklung (u. a. Anatas-Nanopartikel)
Schichtentwicklung
Prozessentwicklung und -implementierung
Beschichtung von Prototypen
Analytik und Qualitätssicherung
Entwicklung von Prüf- und Testverfahren zur photokatalytischen Wirksamkeit der Schichtsysteme
Studien und Gutachten zur Bewertung ökotoxikologischer Wirkungen
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Wert- und Schadstoffentfernung
Nanopartikel und Hohlfasern
Text in Aufzählung 20 pt
Text in Aufzählung
Text eingerückt
Text eingerückt
Text
© Fraunhofer ISC
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600 °C
SiO2 -HohlfaserHybride Nanostruktur
Multifunktionelle hybridpolymere Hohlfasern mit breitem Eigenschaftsprofil
Vorteil (Aufwand/Kosten):Funktionalisierung während Synthese einstellbar, d.h. keine nachträgliche Modifizierung notwendig
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Motivation - Ausgewählte Themenfelder
Korrosion von Leitungssystemen
Antifouling(anorg., org., partikulär, Bio)
Toxikologie, Entgiftung
Nano-materialien
EntsalzungEntkeimung
Wertstoffrecycling
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Korrosionsschutz – Kalthärtende Keramik durch nanotechnologische Gefügeoptimierung (BMBF-Projekt)
keine Kapillarporosität
keine Korrosion wird verhindert
Zunahme der Säurestabilität
Text eingerückt
Text eingerückt
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Korrosion am Betonrohr
- starker chemischen Angriff
- niedrigem pH
- hohes Gewicht
Neue Lösung
Verwendung von ultrahochfestem Beton (UHPC)
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Einsatz von Nano- und Mikropartikeln (Kommerzielle und synthetisierte Kieselsole sowie sprühgetrocknete SiO2-Granulate (ISC)
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von SiO2-Nanopartikeln (oben) und sprühgetrocknetem Kieselsol(rechts)
Korrosionsschutz -Dichterer Beton durch abgestimmte Partikelgrößen
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keine Kapillarporosität
keine Korrosion wird verhindert
Zunahme der Säurestabilität
Text eingerückt
Text eingerücktText
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Braun: Bild von Betonrohren
DICHTIGKEIT Des GEFÜGES
Keine Kapillarporen im Vergleich zum klassischen Beton
Korrosionsschutz – Kalthärtende Keramik durch nanotechnologische Gefügeoptimierung (BMBF-Projekt)
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Zusammenfassung
Motivation – Nanomaterialien und Wasser
Entgiftung
Schad- und Wertstoffentfernung
Korrosionschutz (UHPC)
Beispiele Membran- und Partikelentwicklungen am ISC
© Fraunhofer ISC
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Dr. Carsten GellermannTelefon: 09 31/41 00-511E-Mail: [email protected]
Neunerplatz 297082 Würzburgwww.isc.fraunhofer.de