Synthese von Nanopartikeln in Mikromischern

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Die kontinuierliche Synthese von Nanopartikeln ist in vielen Bereichen von großer industrieller Bedeutung. Das Partikel-Handling in Mikrostrukturen wird wegen der Verstopfungsgefahr als problematisch angesehen und deshalb bisher nicht häufig eingesetzt. Dieser Beitrag beschreibt die Synthese von Nanopartikeln in der Flüssigphase am Beispiel von Bariumsulfat und einer industriellen Pigmentsynthese sowie in der Gasphase als Kondensation von Aerosolen aus einem übersättigten Dampf-Gas-Gemisch. T-förmige Mikromischer aus Silizium ermöglichen bei Reynolds-Zahlen von Re = 200 bis 1000 im Mischkanal eine sehr schnelle Vermischung. Als Modellsystem wird die Reaktivfällung von Bariumsulfat in wässriger Lösung untersucht. Mit steigender Re-Zahl im Mischkanal wird der mittlere Partikeldurchmesser von ca. 100 bis 200 nm erst kleiner, was auf eine besser werdende Vermischung schließen lässt. Bei einer Re-Zahl von 500 steigt der mittlere Durchmesser, zugleich wird die Größenverteilung enger. Das deutet auf eine Veränderung der Strömungssituation durch Auftreten instationärer Wirbelablösungen. Die Vermischung eines gesättigten Dampf-Gas-Gemisches (150Grad C) mit Inertgas (N2, 25Grad C) in einem kühlen Silizium-Chip (25Grad C) führt zu Übersättigung, homogener Keimbildung und Bildung nanoskaliger Tröpfchen. Die Vermischung erzeugt Partikel mit mittlerem Durchmesser von ca. 20 nm und enger Größenverteilung. In Untersuchungen zu Partikelablagerungen werden Designregeln zu deren Vermeidung vorgestellt und die Partikelverträglichkeit der Mikroreaktoren gezeigt.