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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
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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 !