2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16400Für viele Anwendungen poröser Materialien ist eine Beschichtung vorteilhaft, um beispielsweise innerhalb der porösen Struktur verkapselte Substanzen vor Feuchtigkeit zu schützen oder eine mechanische Stabilisierung des porösen Netzwerkes während der Lagerung und des Transports zu erreichen. In diesem Projekt soll eine Strategie zur Beschichtung von offenporigen, nanoporösen Materialien mit geringer Dichte am Beispiel von organischen Aerogelpartikeln entwickelt werden, die verhindert, dass die empfindliche Porenstruktur der Aerogele durch Eindringen der flüssigen Lösung oder Schmelze während der Beschichtung beschädigt wird. Dabei soll die Frage beantwortet werden, ob eine Prozessierung aus der Lösung oder aus der Schmelze heraus besser für die Beschichtung von Aerogelpartikeln anwendbar ist. Zunächst erfolgt die Untersuchung der Aerogelpartikel-Herstellung hinsichtlich unterschiedlicher Partikelgrößen und -dichten. Mithilfe einer Emulsionsgelierung und eines JetCutters werden sphärische Gelpartikel im Größenbereich von wenigen Mikrometern bis 2 mm im Litermaßstab erzeugt, die anschließend überkritisch zu hochporösen Aerogelpartikeln getrocknet werden. Die Beschichtung der hergestellten Aerogelpartikel soll in einer prismatischen Strahlschicht erfolgen. Hierfür wird das Fluidisationsverhalten dieser extrem leichten, kohäsiven Partikel in Abhängigkeit der Dichte (Partikelporosität) und des Partikeldurchmessers getestet und dieses in das Geldart-Diagramm eingeordnet. Für die Beschichtung der Partikel sollen die optimalen Prozessbedingungen gefunden werden, um eine homogene Kern-Schale-Struktur zu erreichen und dabei die Porenstruktur der Aerogelpartikel intakt zu halten. Zusätzlich soll die Fluidisation und die gesamte Prozesskette (Versprühen – Trocknung - Schalenbildung) modelltechnisch mittels gekoppelter CFD-DEM-Simulationen abgebildet und optimiert werden.A coating is advantageous for many applications of porous materials, for example to protect substances encapsulated within the porous structure from moisture or to achieve mechanical stabilization of the porous network during storage and transport. The aim of this project is to develop a strategy for the coating of open-pore structured, nanoporous materials with low density using organic aerogel particles as model material. In this coating process the sensitive pore structure of the aerogels should not be damaged by penetration of the sprayed liquid solution or melt. Therefore it should be investigated whether processing using the solution or the melt is more suitable for the coating of open-porous materials. In the first step, the production of aerogel particles with different particle sizes and densities is investigated. Spherical gel particles are produced in the liter scale using the emulsion gelation method and the JetCutter apparatus to achieve the size range between a few micrometers and 2 mm. The formed gel particles are subsequently supercritically dried resulting in highly porous aerogel particles. The coating of the produced aerogel particles is performed in a prismatic spouted bed apparatus. The fluidization behavior of these extremely light, cohesive particles with different density (particle porosity) and particle diameter is tested and classified into the Geldart diagram. For the coating of the particles, the optimum process conditions should be found in order to achieve a core-shell structure while preserving the pore structure of the aerogel particles. In addition, the fluidization and the entire process chain of spraying - drying - shell formation will be modeled and optimized by means of coupled CFD-DEM simulations.