Physikalische Rekonstruktion von Kieselgelmonolithen in Kapillarformat und direkte Simulation von Strömung und Stofftransport auf Porenebene

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Durch eine bisher einzigartige Kombination aus physikalischer Rekonstruktion (mithilfe konfokaler Lasermikroskopie), statistischer Analyse des rekonstruierten Porenraumes (ortsaufgelöste Porositäts- und Chordlängenverteilungen; k-Gamma-Funktion), dreidimensionaler Modellierung von Strömung und Stofftransport auf Porenebene (auf einer High-Performance Computing-Plattform), sowie experimentellen makroskopischen Feldstudien werden systematisch die zentralen Morphologie-Transport-Beziehungen für Kieselgelmonolithen in Kapillarformat entschlüsselt. Dabei stehen zwei Kernprobleme im Vordergrund, die seit Jahren zu einer Stagnation in der Entwicklung von leistungs- und konkurrenzfähigeren Monolithen verglichen mit partikulären Festbetten geführt haben. Zum einen handelt es sich um die Wandanbindung, die durch die Schrumpfung der Monolithen bei ihrer Herstellung verheerende Konsequenzen für die laterale Heterogenität und resultierende chromatographische Trenneffizienz in der Praxis nach sich zieht. Zum anderen geht es um die systematische Verkleinerung der Makroporendimensionen, ebenfalls mit dem Ziel, chromatographische Performance dieser Materialien deutlich zu steigern. Beide Kernprobleme erfordern die grundlegende Charakterisierung der Morphologie-Transport-Beziehungen bei systematisch veränderten Synthesebedigungen. Die in diesem Projekt zum Einsatz kommenden nicht-klassischen Ansätze, insbesondere ihre komplementären Einblicke, erarbeiten richtungsweisende Korrelationen und geben damit entscheidende Impulse für nachhaltige Synthesestrategien.