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Generierungsverfahren
Kavitationsverfahren finden vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der (Umwelt-)Verfahrenstechnik, wobei verschiedene Prozesse initiiert, aktiviert oder intensiviert werden können. Im Arbeitsbereich werden verschiedene Generierungsverfahren (hydrodynamisch, akustisch, simultan) untersucht und weiterentwickelt.
Frequenzabhängige Wirkungen des Ultraschalls sowie verschiedene Generierungsmöglichkeiten von Kavitation und ausgebildete Synergien (P. Braeutigam, Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry, Springer, (2016))
Kavitationsfeldanalyse
Zur Weiterentwicklung von Kavitationsverfahren oder kavitationsassistierten Verfahren wird unterstützend die Kavitationsfeldanalyse durchgeführt. Diese nutzt optische oder akustische Informationen und liefert einen Einblick in die qualitative und quantitative Verteilung der Kavitationsfelder im Reaktor. Weiterhin werden Methoden zur Bestimmung der zeitlich und örtlich aufgelösten Blasenfelder eingesetzt. Mit diesen Informationen können Blasenfeld und Kavitationsfeld mit dem entsprechenden Ergebnis (Umsatz, Mineralisierung, Partikelgröße usw.) korreliert werden und für das Reaktordesign als auch der verfahrenstechnischen Auslegung genutzt werden.
Blasenfeldverteilung bei hydrodynamischer Kavitation (links), Sonochemilumineszenz von Luminol zur Visualisierung von Kavitationsfelder in Reaktoren (Mitte) sowie Auswertung über den Kavitationsrauschpegel (P. Finkbeiner at al., Chemical Engineering Journal, 73, 214, (2015))
Reaktorentwicklung
In der Forschungsgruppe werden Kavitationsreaktoren für verschiedene Anwendungsbereiche konzipiert, gebaut und getestet sowie optimiert und weiterentwickelt. Dies umfasst auch die Integration von Sensorik und wenn möglich eine grundlegende Steuerung und Regelung der Anlagen (z.B. auf Basis von Arduino, Labview oder SPS, mit Partnern). Weiterhin werden auf Basis der Laborversuche auch industrielle Anlagen gemeinsam mit entsprechenden Unternehmen ausgelegt und angepasst.
Reaktorchrakterisierung auf Basis von Schalldruck und Kavitationsrauschpegel (links), Entwicklung von Reaktoren und Anlagen, die hydrodynamische und akustische Kavitation nutzen (Mitte) und industrielle Umsetzung einer Anlage zur Desintegration (M. Weiße et al., Ultrasonics Sonchemistry 60, 104801, (2019))
Prozessintensivierung und Sonochemie
Kavitationsphänomene können aufgrund der beim Kollaps entstehenden Temperaturen und Drücke sowie der Scherkräfte und microjets zur Prozessintensivierung und verschiedenen sonochemischen Anwendungen eingesetzt werden. Im Arbeitskreis werden die hydrodynamische, akustische und simultane Kavitation zur Intensivierung massetransportlimitierter Reaktionen, bei der Synthese von (amorphen) (Nano-)Partikeln, bei der Beschichtung von Textilien oder zur Verbesserung von Stofftrennverfahren (z.B. Extraktion) sowie in den Bereichen der Wassertechnologie und bei der stofflichen oder energetischen Biomassenutzung angewandt.
Sonochemical coating: Beladung von TiO2 und ZnO in Abhängigkeit des Schalldruckes (links), REM und EDX einer beschichteten Textilfaser (Mitte) und Fließschema zur sonochemischen Erzeugung von TiO2-Partikeln (M. Weiße et al., Ultrasonics Sonchemistry 60, 104801, (2019))