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Mahlversuche mit der FRITSCH Planeten-Kugelmühle
Mineraldünger zu Nanopartikeln mahlen
Einführung
- Die Nanotechnologie beschäftigt sich weitgehend mit nanoskaligen Partikeln zwischen 1-100 nm1.
- Alternative Definition von Nanodünger: (Größere Partikelgröße), Dünger mit einer Partikelgröße kleiner als 500 nm und veränderten Eigenschaften2.
- Nanopartikel können synthetisiert oder durch physikalische-, chemische-, biologische-Verfahren sowie Aerosoltechnik hergestellt werden. Die physikalische Synthesemethode beinhaltet den Sedimentationsprozess, Rotor Mühle, Hochenergie-Kugelmühle und Labormixer.
- Im Allgemeinen werden Phosphor-(P)-Nanopartikel durch die Reinigung von Rohphosphat und Vermahlung mit Hochenergie-Kugelmühlen oder Labormixern aufbereitet.
- Dieser Bericht beschreibt den experimentellen Versuch und die Ergebnisse der Vermahlung von Mineraldünger mit FRITSCH Planetenmühlen (Hochenergie-Kugelmühlen) premium line, zur Gewinnung von nanoskaligen Partikeln.
Methodik
Düngemittelproben
Es gibt zwei Arten von Mineraldünger, die im Mahlversuch mit einer FRITSCH Hochenergie-Kugelmühle im - German Center, Singapur, getestet wurden:
1. Rohphosphat (gemahlen)
2. Kieserit (Granulat)
Labormühlen und Partikelgrößenmessgeräte
Die für die Versuche verwendete Labormühle ist die FRITSCH Planeten-Mikromühle PULVERISETTE 7 premium line, ausgestattet mit den folgenden Komponenten:
- Mahlbecher (2 x 80 ml)
- Mahlkugeln (25 x 10 mm)
- Mahlkugeln (5 x 20 mm)
Eine weiteres verwendetes Laborgerät ist das Laser-Partikelmessgerät ANALYSETTE 22, welches die Partikelgrößenverteilung im Bereich von 0,01 - 3800 µm messen kann.
Experimentelle Versuche
Im FRITSCH Büro im German Center Singapur, wurden Mahlversuche von Düngemittelproben mit Planetenmühlen durchgeführt. Herr Diels Ding, Experte für Probenaufbereitung sowie Business Manager für FRITSCH Asia Pasifik - führte die Versuche durch. Er gab auch aufschlussreiche Einblicke zum Mahlen, Zerkleinern und Nanomaterialien gefolgt von einer angeregten Diskussion. Die Proben wurden nass sowie trocken gemahlen. Der Mahlprozess wird wie folgt beschrieben:
Tabelle 1: Mahlversuch von Düngerproben mit verschiedenen Parametern
Nr | Probe | Mahlprozess | Zeit (min) | Kennzahl | Andere Parameter |
1. | Rohphosphat | trocken | 3 | RP-D-5 | Mahlbecher: 80 ml Probe: 25 g Mahlkugeln: 25 x 10 mm Drehzahl: 850 U/min |
2. | Rohphosphat | nass (Leitungswasser) | 3 | RP-W-5 | |
3. | Rohphosphat | trocken | 30 | RP-D-30 | |
4 | Rohphosphat | Nass (Leitungswasser) | 30 | RP-W-30 | |
5. | Kieserit | trocken | 5 | Kie-D-5 | Mahlbecher: 80 ml Probe 25 g Mahlkugeln: 25 x 10 mm Drehzahl: 700 U/min |
6. |
Kieserit |
nass (Leitungswasser) |
5 |
Kie-W-5 | |
7. | Kieserit | trocken | 5 | Kie-D-5 (B)* | *größere Mahlkugeln: 5 x 20 mm |
* Tabelle 2: Weitere Ergebnisse des Mahlprozesses von Proben, Fotos und Partikelgrößenverteilung finden Sie im Bericht zum herunterladen
Fragen und Probleme:
1. Ist es möglich oder nicht, die Düngemittelproben zu mahlen und Nanopartikel kleiner als (<) 100 nm zu erreichen? Ja dies ist möglich, aber es ist eine Herausforderung bedingt durch folgende Sachverhalte:
- Benötigt werden mehrere Mahlungen mit verschiedenen Größen von Mahlkugeln (20 mm bis 0,1 mm), dies kann längere Zeit (mehrere Stunden) dauern.
- Unterschiedliche Partikelgrößenverteilungen entstehen: diese können nicht einheitlich in der gewünschten Nanogröße sein oder größere Partikelgrößen können noch in signifikantem Prozentsatz vorhanden sein.
- Produktrückgewinnung: Die nächste Herausforderung ist die Trennung der gemahlenen Probe von den kleinen Mahlkugeln nach der Mahlung, (für große Mahlkugeln ist dies einfach, aber für sehr kleine Mahlkugeln* könnte es schwierig sein) * hoher Verbrauch von sehr kleinen Mahlkugeln
- Für die Mahlung in den Nano Bereich sollte nass gemahlen werden, daher muss das richtige Lösungsmittel verwandt werden. Wasser kann nicht für alle Arten von Düngemitteln benutzt werden und ein anderes Lösungsmittel wie z.B. Iso-Propanol oder ähnliches würde zusätzliche Kosten verursachen.
2. Welche Mahlkapazität wird gebraucht?
Die FRITSCH Planetenmühle PULVERISETTE 5 premium line hat zwei Mahlstationen mit Mahlbechern mit bis zu 500 ml Volumen (größte Kapazität auf dem Markt). Jeder Mahlbecher kann zu 1/3 des Volumens (± 170 g Probe) gefüllt werden. Wenn wir also zwei Mahlbecher verwenden, liegt die optimale Kapazität bei etwa 170 x 2 = 340 g pro Mahlvorgang.
3. Was sind die Zwecke und Ziele?
Berücksichtigung des Wertes / Nutzens dieser Forschung und die hohen Investitionskosten.
4. Wie gehen wir mit dem Nanodüngemittel um und wie wird dieser auf Felder aufgebracht?
Wenn der Mahlprozess erfolgreich ist und die gewünschte Düngemittelprobe in Nanogröße vorliegt, besteht die nächste Herausforderung darin, dass Produkt auf Feldern richtig und sicher für Mensch und Umwelt anzuwenden.
Nanotechnologie und Nanomaterial
Nur gutsituierte Unternehmen wenden diese Technologie jedoch an, da die Investitionskosten, die in den Bereichen IT, Energie, Malerei etc. mit hoher Qualität und Präzision in der Forschung verbunden sind sehr hoch sind.
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