Hintergrund:

Spezifische superparamagnetische und paramagnetische Partikelsysteme bilden die Basis für Hochtechnologieprodukte. Eigenschaften und Reinheit solcher Partikelkollektive sind essentiell und qualitätsbestimmend für die Herstellung und die Anwendung von Beschichtungen, medizinischen Therapie- oder Diagnosesystemen, Katalysatoren und elektrochemischen Energiespeichern oder von elektronischen Baugruppen z.B. im Bereich der Batterietechnologie. Die eingesetzten Partikelsysteme durchlaufen nach der Partikelherstellung über Synthese oder Zerkleinerung eine Vielzahl von Prozessschritten zur Qualitätseinstellung. Zu diesen Schritten zählt insbesondere die Fraktionierung, also die selektive Auftrennung des Partikelsystems nach Partikelmerkmalen. Auch die Recyclingtechnik ist auf solche Prozesse angewiesen, um aus natürlichen oder sekundären Rohstoffen spezielle wertstoffhaltige Partikel zu extrahieren. Die bislang eingesetzten Trennmethoden verlieren im Größenbereich hochfeiner Partikelsysteme (50-1000 nm) an Effizienz und Selektivität, weil die komplexe Superposition der auf die Partikel wirkenden Kräfte eine Herausforderung darstellt. Die hochselektive Fraktionierung magnetischer Nanopartikel in industriellen Maßstäben ist demnach weiterhin eine relevante Forschungsaufgabe.

Aufgabenstellung:

Ziel der ausgeschriebenen Arbeit ist die Untersuchung und Entwicklung von Fraktionierungsprozessen paramagnetischer und superparamagnetischer Partikelkollektive anhand des Trennmerkmals der magnetischen Suszeptibilität. Als Fraktionierungsmethode kommt ein am Institut entwickeltes magnetfeldgesteuertes Chromatographiesystem zum Einsatz. Durch die Einwirkung eines äußeren Magnetfelds auf die magnetisierbare Trennmatrix innerhalb der Chromatographiesäule wird das Trennmerkmal „Partikelsuszeptibilität“ stark verstärkt. Nach einer Optimierung der verwendeten Stahlmatrix sollen materialspezifische Fraktionierungen im Partikelgrößenbereich von 50-1000 nm systematisch untersucht werden. Zugehörige Trenneffizienzen werden für verschiedene Typen paramagnetischer Nanopartikel in Mischung mit diamagnetischen SiO2­-Partikeln gleicher Größe unter Variation der Betriebsparameter (Strömungsgeschwindigkeit, Feldstärke, Partikelkonzentration, pH-Wert, etc…) geprüft.  Die untersuchten Fraktionierungsprozesse sollen anschließend auf ein kontinuierliches SMB-Chromatographiesystem transferiert werden.