Mehr als bloßes Trocknen – Sprühtrocknung als Weg zu multifunktionalen Materialien

Im Sprühtrocknungsvorgang werden durch forcierte Assemblierung schnell und einfach verschiedenste Materialkomponenten unabhängig ihrer chemischen Natur kombiniert. So ist es nicht nur möglich, Nanopartikel und Moleküle zu einer größeren Einheit zu vereinen, sondern auch Fällungsreaktionen sowie chemische Synthesen durchzuführen, Template zu entwerfen, oder sogar diese Methoden zu kombinieren. Selbst empfindliche Bestandteile können eingesetzt oder Vorläufermaterialien für weitere Prozesse hergestellt werden. All diese Produkte des Sprühtrocknens können auf der nächsten Ebene zur Herstellung multifunktionaler Materialien in verschiedensten Schritten weiterverarbeitet werden.
Im Sprühtrocknungsvorgang werden durch forcierte Assemblierung schnell und einfach verschiedenste Materialkomponenten unabhängig ihrer chemischen Natur kombiniert. So ist es nicht nur möglich, Nanopartikel und Moleküle zu einer größeren Einheit zu vereinen, sondern auch Fällungsreaktionen sowie chemische Synthesen durchzuführen, Template zu entwerfen, oder sogar diese Methoden zu kombinieren. Selbst empfindliche Bestandteile können eingesetzt oder Vorläufermaterialien für weitere Prozesse hergestellt werden. All diese Produkte des Sprühtrocknens können auf der nächsten Ebene zur Herstellung multifunktionaler Materialien in verschiedensten Schritten weiterverarbeitet werden. (Grafik: AK Mandel)
17. Oktober 2023

Sprühtrocknung ist eine Methode, die insbesondere aufgrund ihres Einsatzes zur Trocknung im Ingenieurswesen oder auch in zahlreichen Prozessen der Pharma- und Lebensmittelindustrie an Bedeutung und Bekanntheitsgrad gewonnen hat. Dieses Verfahren beruht darauf, dass verschiedenste Komponenten im begrenzten Raum eines flüssigen Tropfens eingeschlossen werden, bevor dieser in einer heißen Kammer verdampft und somit seine Bestandteile zusammen „zwingt“. Während Sprühtrocknung in den bekannten Prozessen bereits deutliche Vorteile durch seinen schnellen, einfachen, und skalierbaren Charakter mit sich bringt, birgt diese Methode jedoch noch ein weitaus größeres Potential, das besonders in der Welt der Materialchemie entfaltet werden kann.

Einen umfassenden Überblick über dieses Potential bietet ein Perspective-Artikel, der kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Advanced Materials veröffentlicht wurde. In diesem stellt Karl Mandel (Professur für Anorganische Chemie) in Zusammenarbeit mit Experten auf dem Gebiet der Sprühtrocknung aus aller Welt – darunter Takashi Ogi,  Daniel Maspoch, Andres Bück, Damien P. Debecker, und Marco Faustini – die Möglichkeiten und Herausforderungen von Sprühtrocknung als Methode zum Design multifunktionaler Materialien vor.

Der Artikel macht deutlich, wie wichtig Sprühtrocknung für die Herstellung hybrider Materialien ist, da es dieser Prozess ermöglicht, ungewöhnliche und einzigartige Kombinationen von Komponenten zu erzielen. Somit wird aufgezeigt, dass Anwendungen der Sprühtrocknung weit über konventionelle Trockenvorgänge in der Industrie hinausgehen und den Einsatz des Prozesses in vielfältigen und neuartigen Gebieten ermöglichen, von Katalyse über Diagnose- und Aufbereitungszwecke bis hin zu Lagerung und Informationsaustausch sowie -speicherung.

So ist es durch Sprühtrocknung beispielsweise möglich, verschiedene Nanopartikel-Bausteine zu einer größeren Einheit zu vereinen, aber andererseits auch Fällungsreaktionen und chemische Synthesen durchzuführen. Weiterhin können Template entworfen, empfindliche Einheiten verarbeitet, oder Vorläufer-Materialien für weitere Syntheseschritte hergestellt werden. All diese Produkte des Sprühtrocknungs-Vorgangs können schließlich auf verschiedenste Weise weiterverarbeitet werden und ermöglichen so die nächste Hierarchieebene auf dem Weg zu multifunktionalen Materialien.

Der Perspective-Artikel untermauert die Relevanz von Sprühtrocknung als wertvolles Werkzeug für Materialchemiker und somit die noch bestehenden Herausforderungen durch Forschung zu überwinden, sodass diese Methode weiterhin auf Gebieten genutzt werden könnte, in denen sie bisher noch keine Anwendung findet. So ist es das Ziel, schon in naher Zukunft weitere hochleistungsfähige Materialien für vielfältige und weitreichende Anwendungen durch Sprühtrocknung herzustellen.

Weitere Informationen

Originalartikel: „Multifunctional, hybrid materials design via spray-drying: much more than just drying”, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306648

Kontakt

Prof. Dr. Karl Mandel
Professur für Anorganische Chemie
karl.mandel@fau.de