Interfaces and Technology of Particles

Der Teil Grenzflächen vermittelt die wichtigsten Prinzipien und Grundbegriffe, die nötig sind, disperse Feststoffsysteme sowohl hinsichtlich ihrer interpartikulären Wechselwirkungsmechanismen als auch der Beiträge durch beteiligte Flüssigphasen grundlegend beschreiben und verstehen zu können. Es werden dabei die folgenden Themen behandelt:
-Oberflächenspannung, Messung derselben, Benetzungsphänomene, Randwinkel, ultrahydrophobe Oberflächen, Krümmungsphänomene
-Grundlagen der Partikel-/Partikelwechselwirkungen über Potentialverläufe von Dipolwechselwirkungen, Polarisation, Hamaker-Ansatz und Modellgeometrien, Partikelhaftung auf Basis der Wechselwirkungspotentiale, Beiträge durch Flüssigkeiten zur Partikelwechselwirkung (Haftbrücken)
-Elektrostatische Theorie zur Stabilität von Feststoffdispersionen in wässrigen Elektrolytumgebungen (Gouy-Chapman), Generalisierung duch die DLVO-Theorie, stabilitätsbeeinflussende Parameter der Lösung
-Gekrümmte Grenzflächen und Kelvin-Gleichung, Anwendung auf Nukleation und Partikelwachstum
-Be- und Entfeuchten von Paritkelhaufwerken, Kapillardruckkurven

Der Teil Partikeltechnologie erweitert die Grundlagen zu Grenzflächen durch die Behandlung der Herstellung und Konditionierung disperser Feststoffsysteme an praktischen Beispielen. Insbesondere erfolgt dies unter dem Blickwinkel der Präparation von heterogenen Katalysatoren, ausgehend von der primären nasschemischen Partikelfällung bis zur endgültigen Formgebung und der dabei notwendigen bzw. anwendbaren Methoden. Beispielhaft werden dabei prominente Katalysatorsysteme vorgestellt.
Inhalte dabei sind:
-Methodische Vorgehensweise bei der Fällung, bestimmende Prozessparameter, hydrothermale Methoden und Sol-Gel-Prozesse, Templatverfahren, Additive
-Besonderheiten bei Trägerkatalysatoren, Imprägnieren, Modifikation von Oberflächen
-Grundlagen der Agglomeration und Agglomeriertechniken, mechanische Eigenschaften von Agglomeraten, zu berücksichtigende Partikelwechselwirkungen, Systematik der Haftkräfte bei der Agglomeration, trockene und feuchte Systeme
-Charakterisierung von Partikelsystemen: physikalische Methoden (Lichtstreuung), Bestimmung der Oberflächen disperser Partikelsysteme (Sorptionsisothermen, BET), Sieben und Sichten, Grundbegriffe der Probennahme bei Feststoffen

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, die wichtigsten gemeinsamen Merkmale disperser Partikelsysteme und deren Phänomenologie an praktischen Beispielen zu erkennen. Ein Überblick und Verständnis für die grundlegenden Wechselwirkungsmechanismen und deren Systematik ist entwickelt und damit eine Grundlage für eine zielgerichtete Vertiefung des Verständnisses der Verhältnisse bei Feststoffpartikelsystemen gelegt. Die Studierenden vermögen diese Kenntnisse beispielhaft auf praktische Katalysatorsysteme zu übertragen und dabei wichtige, eigenschaftsbestimmende Einflüsse selbstständig zu analysieren und zu bewerten.

Grundlegende Kenntnisse in Physikalischer Chemie und Physik

Das Modul besteht aus einer Vorlesung (2 SWS) und einer als Block angebotenen Übung (1 SWS). Die Inhalte der Vorlesung werden an der Tafel sowie an Hand von Folien mittels Vortrag vermittelt. Der Vortrag wird durch Vorliegen der Präsentationskopie unterstützt und die Studierenden sind aufgefordert, die ergänzenden Kommentare und Erläuterungen individuell in den Folienkopien zu vermerken und nachzuarbeiten.
Der Übungsteil wird als Demonstration experimenteller Methoden zur Charakterisierung von Feststoffpartikelsystemen als Block angeboten. Die Gruppen- und Zeiteinteilung wird dabei mit den Studierenden abgesprochen.

Es erfolgt Tafelanschrieb und Darstellung durch Powerpoint-Präsentation. Zu Beginn der Veranstaltung wird ein Skript mit Kopien der Präsentationsfolien ausgereicht.

D.J. Shaw: Introduction to Colloid and Surface Chemistry, 3rd Ed., Butterworths, London 1980, ISBN 0-408-71049-7
C.J. van Oss: Interfacial Forces in Aqueous Media, Marcel Dekker, New York, 1994, ISBN 0-8274-9168-1
R.J. Stokes, D.F. Evans: Fundamentals of Interfacial Engineering, VCH, New York, 1996, ISBN 0-471-18647-3

Die Prüfungsleistung wird in Form einer Klausur von 90 Minuten Länge erbracht. Die Studierenden müssen dabei zeigen, ob die Vorlesungsinhalte mit den wichtigen Prinzipien soweit aufgearbeitet und verstanden sind, dass sie in begrenzter Zeit zur Beantwortung vorgegebener Verständnisfragen und Problemstellungen mit den richtigen Zusammenhängen aktiviert werden können. Es sind keine Hilfsmittel erlaubt.