Goldnanopartikel - Mikroreaktionstechnische Synthese und Schadstofftransportwirkung

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Jörg Wagner

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Überprüfung der Eignung von Mikroreaktoren für die Handhabung, Generierung und Untersuchung von nanopartikulären Stoffsystemen. Dabei sollte die zu entwickelnde Laboranordnung im Hinblick auf die Eignung zur Anwendung in einer Prozeßkette, welche über Partikelsynthese, Modifizierung bis zur Analyse und Untersuchung der Bindung von Schadstoffen an die Nanopartikel reicht, charakterisiert werden.Als Modell für ein nanopartikuläres Stoffsystem wurden Goldnanopartikel (GNP) ausgewählt, da sie sehr interessante Eigenschaften zeigen, die sie im Rahmen der Nanotechnologie für die Entwicklung neuer Funktionsmaterialen prädestinieren. Die potentiellen Wechselwirkungen von GNP mit verschiedenen Schadstoffmodell-Substanzen wurden mit Hilfe konventionell synthetisierter Oberflächen-modifizierter GNP untersucht. Dabei wurde deutlich, daß der notwendige Isolationsschritt, sowie die Inkubation in keinem zur Verfügung stehendem Mikrosystem realisierbar waren. Es konnte gezeigt werden, daß die Schwermetallionen Blei und Kupfer, sowie der kationische Farbstoff Malachitgrün sehr effizient durch GNP adsorbiert werden, während die Wechselwirkung mit 4-Chlorphenol, Amidoschwarz B und Naphthalin gering ist. Eine direkte Synthese von GNP aus einem Goldsalz und Ascorbinsäure 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 Größenverteilungen der Partikel zu erzeugen. Dabei hat sich die Einstellung der Oberflächeneigenschaften der Mikroreaktorkanäle und der physikochemischen Eigenschaften der Nanopartikel als entscheidend herausgestellt, um eine Ablagerung der Partikel, die zur Reaktorverstopfung führt, zu verhindern. Zwei Ansätze, namentlich die Hydrophobisierung der Kanaloberflächen durch Silanisierung und die elektrostatische Abstoßung zwischen Nanopartikeln und Kanaloberflächen durch Erhöhung des pH-Wertes. Weiterhin konnte in einem modularen Mikrosystem konnten unter Verwendung von Natriumborhydrid als Reduktionsmittel, Silber- und Goldnanopartikel hergestellt werden. Zusätzlich gelang die Umsetzung dieser Partikel mit Liganden direkt im Mikrosystem, was zu einer direkten Synthese von modifizierten Gold- und Silbernanopartikel in einem kontinuierlichen Prozeß führte. Insgesamt konnte gezeigt werden, daß nanopartikuläre Systeme gut in Mikrosystemen gehandhabt, dargestellt sowie spektral analysiert werden können. Ebenso war es möglich, Partikelwachstum, Oberflächenbindung 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. Günther, 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

Förderzeitraum:
01.10.2002 - 30.10.2005

Institut:
Technische Universität Ilmenau
Physikalisches Institut

Betreuer:
Prof. Dr. Michael Köhler

E-Mail: E-Mail schreiben

URL: www.zeiss.com/microscopy

Schadstoffpartikel in Mikroreaktoren
Schadstoffpartikel in Mikroreaktoren