Promotionsstipendium: Dr. Jörg Wagner

Goldnanopartikel – Mikroreaktionstechnische Synthese und Schadstofftransportwirkung

Schadstoffpartikel in MikroreaktorenDas Ziel dieser Arbeit bestand in der ÜberprĂŒfung der Eignung von Mikroreaktoren fĂŒr die Handhabung, Generierung und Untersuchung von nanopartikulĂ€ren Stoffsystemen. Dabei sollte die zu entwickelnde Laboranordnung im Hinblick auf die Eignung zur Anwendung in einer Prozeßkette, welche ĂŒber Partikelsynthese, Modifizierung bis zur Analyse und Untersuchung der Bindung von Schadstoffen an die Nanopartikel reicht, charakterisiert werden.Als Modell fĂŒr ein nanopartikulĂ€res Stoffsystem wurden Goldnanopartikel (GNP) ausgewĂ€hlt, da sie sehr interessante Eigenschaften zeigen, die sie im Rahmen der Nanotechnologie fĂŒr die Entwicklung neuer Funktionsmaterialen prĂ€destinieren. Die potentiellen Wechselwirkungen von GNP mit verschiedenen Schadstoffmodell-Substanzen wurden mit Hilfe konventionell synthetisierter OberflĂ€chen-modifizierter GNP untersucht. Dabei wurde deutlich, daß der notwendige Isolationsschritt, sowie die Inkubation in keinem zur VerfĂŒgung stehendem Mikrosystem realisierbar waren. Es konnte gezeigt werden, daß die Schwermetallionen Blei und Kupfer, sowie der kationische Farbstoff MalachitgrĂŒn sehr effizient durch GNP adsorbiert werden, wĂ€hrend die Wechselwirkung mit 4-Chlorphenol, Amidoschwarz B und Naphthalin gering ist. Eine direkte Synthese von GNP aus einem Goldsalz und AscorbinsĂ€ure als Reduktionsmittel in einem Split-and-Recombine-Mikromischer konnte realisiert werden es wurde damit gezeigt, daß eine solche direkte kontinuierliche Synthese in einem Mikroreaktor möglich ist. Experimentelle Parameter wurden optimiert, um schmale GrĂ¶ĂŸenverteilungen der Partikel zu erzeugen. Dabei hat sich die Einstellung der OberflĂ€cheneigenschaften der MikroreaktorkanĂ€le und der physikochemischen Eigenschaften der Nanopartikel als entscheidend herausgestellt, um eine Ablagerung der Partikel, die zur Reaktorverstopfung fĂŒhrt, zu verhindern. Zwei AnsĂ€tze, namentlich die Hydrophobisierung der KanaloberflĂ€chen durch Silanisierung und die elektrostatische Abstoßung zwischen Nanopartikeln und KanaloberflĂ€chen durch Erhöhung des pH-Wertes. Weiterhin konnte in einem modularen Mikrosystem konnten unter Verwendung von Natriumborhydrid als Reduktionsmittel, Silber- und Goldnanopartikel hergestellt werden. ZusĂ€tzlich gelang die Umsetzung dieser Partikel mit Liganden direkt im Mikrosystem, was zu einer direkten Synthese von modifizierten Gold- und Silbernanopartikel in einem kontinuierlichen Prozeß fĂŒhrte. Insgesamt konnte gezeigt werden, daß nanopartikulĂ€re Systeme gut in Mikrosystemen gehandhabt, dargestellt sowie spektral analysiert werden können. Ebenso war es möglich, Partikelwachstum, OberflĂ€chenbindung von Liganden und Aggregation im Mikrodurchflußsystem zu untersuchen.Veröffentlichungen:J. Wagner, J.M. Köhler, Nano Letters, 5 (2005), No. 4, 685-691J.M. Köhler, J. Wagner, J. Albert, Journal of Materials Chemistry, 15 (2005), Iss. 19, 1924-30J. Wagner, T.R. Tshikhudo, J.M. Köhler, ?Microfluidic Generation of Metal Nanoparticles by Borohydride Reduction?, Chemical Engineering Journal (2007), doi: 10.1016/j.cej.2007.07.046J. Wagner, T.Kirner, G.Mayer, J.Albert, J.M. Köhler, Chemical Engineering Journal, 101 (2004), 1-3, 251-260M. GĂŒnther, S. Schneider, J. Wagner, R. Gorges, Th. Henkel, M. Kielpinski, J. Albert, R. Bierbaum, J.M. Köhler, Chemical Engineering Journal, 101 (2004), 1-3, 373-378

AZ: 20002/265

Zeitraum

01.10.2002 - 30.10.2005

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