Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik

Ph.D. Dr. Moritz Weiß

  • KIT - Campus Süd
    Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik
    Arbeitsgruppe Angewandte Mechanik

    Gotthard-Franz-Straße 3, Geb. 50.31
    76131 Karlsruhe

Katalytische Membranreaktoren aus Kapillarsuspensionen

Poröse Membranen werden zur selektiven Extraktion einzelner Komponenten, zur kontrollierten Dosierung der Reaktanten und zur Intensivierung des Kontaktes zwischen den Reaktanten als Katalysatoren eingesetzt. An die Herstellung katalytischer Membranreaktoren werden verschiedene Anforderungen, wie die Realisierung einer hohen spezifischen Oberfläche bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität gestellt. Abhängig von der Anwendung wird eine bestimmte Porengröße, Permeabilität oder hierarchische Porenstruktur gefordert.

Durch Hinzufügen einer geringen Menge (<5 vol%) einer zweiten, in der Hauptphase unlöslichen, flüssigen Phase zu einer Suspension wird eine Kapillarsuspension erzeugt. Die Zweitphase bildet Kapillarbrücken zwischen den dispergierten Partikeln wodurch ein die gesamte Probe durchziehendes Partikelnetzwerk entsteht. Da dieses Netzwerk beim Entbindern und anschließenden Sintern erhalten bleibt, können makroporöse anorganische Sinterkörper auf Kapillarsuspensionsbasis hergestellt werden. Diese Sinterkörper zeichnen sich durch eine hohe Porosität bei gleichzeitig geringer Porengröße im Mikrometerbereich aus. Dieses Verfahren soll um hochporöse katalytisch aktive Partikel mit Nanoporen erweitert werden. Dabei müssen die Benetzungseigenschaften sowie die Sinterbedingungen so eingestellt werden, dass die hohe spezifische Oberfläche und die Oberflächenchemie der aktiven Partikel erhalten bleiben. Ziel ist es chemisch aktive Sinterkörper für katalytische Anwendung herzustellen. Entsprechende Pasten sollen im 3D-Druck- oder mittels Extruder verarbeitet werden, um hierarchisch strukturierte Katalysatoren mit komplexen Geometrien zu erhalten.

Publikationen

  1. Moritz Weiß, Patrick Sälzler, Norbert Willenbacher, Erin Koos
    3D-Printed lightweight ceramics using capillary susensions with incorporated nanoparticles
    Journal of European Ceramic Society 2020
    https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0955221920301631
  2. Moritz Weiß, Johannes Maurath, Norbert Willenbacher, Erin Koos
    Shrinakge and dimensional accuracy of porous ceramics derived from capillary suspensions
    Journal of European Ceramic Society 2019
    https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0955221919300111
  3. Irene Natalia, Nicole Zeiler, Moritz Weiß, Erin Koos
    Negative normal stress differences N1-N2 in a low concentration capillary suspension
    Soft Matter, 2018
    http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2018/SM/C8SM00305J#!divAbstract
  4. Monica Schneier, Johannes Maurath, Steffen Fischer, Moritz Weiß, Norbert Willenbacher, Erin Koos
    Suppressing Crack Formation in Particulate Systems by Utilizing Capillary Forces
    ACS Applied Materials and Interfaces, 2017
    http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.6b13624

Präsentationen

  1. Moritz Weiß, Norbert Willenbacher
    3D-Printed lightweight ceramics using capillary suspensions with incorporated nanoparticles (Talk)
    16h European Ceramic Society, June 16-20 2019, Torino, Italy
  2. Moritz Weiß, Erin Koos
    Tuning cermic microstructures using capillary suspensions with incorporated nanoparticles (Talk)
    15th European Ceramic Society, July 09-13 2017, Budapest, Hungary
  3. Johannes Maurath, Moritz Weiß, Benjamino R. Formisano, Christian Bonten, Erin Koos
    Extrusion of Porous Ceramics from Capillary Suspension (Poster)
    91. DKG Jahrestagung, March 07-09 2016, Freiberg, Germany