Autorin: Vanessa, 10. April 2025, Kategorie: Anwendungen
Ⅰ. Grundprinzipien der Affinitätskoaleszenz
(1) Definition und Kernkonzepte
Der Kern der Affinitätskoaleszenztechnologie liegt in ihrem einzigartigen Oberflächendesign und der Optimierung der Strömungsdynamik. Durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) werden nanometergroße Rauheitsstrukturen (50–200 nm) auf der Oberfläche von Polypropylenfasern erzeugt. In Kombination mit Fluorsilanmodifizierung lässt sich die Oberflächenenergie präzise auf 22,5 ± 1,5 mN/m steuern. Dieses Design reduziert den Kontaktwinkel des Materials zu Mineralöl auf unter 8°, während der Kontaktwinkel zu Wasser über 150° bleibt, was eine perfekte selektive Benetzung ermöglicht.
(2) Wirkmechanismus
- Selektive Benetzung: Die Oberfläche des Koaleszenzmaterials wurde speziell behandelt (z. B. hydrophob und lipophil modifiziert) und weist eine hohe Affinität zur Ölphase auf.
- Kapillaradsorption: Die mikrometergroße Faserstruktur erzeugt Kapillarkraft, die die Adsorption von Öltröpfchen fördert (Kontaktwinkel <90°).
- Dynamische Koaleszenz: Die eingefangenen Öltröpfchen kollidieren und verschmelzen unter der Störung des Luftstroms zu großen Tröpfchen (der Durchmesser vergrößert sich um das 10- bis 100-fache).
- Schwerkraftsedimentation: Die koaleszierten Öltröpfchen werden aufgrund der Gewichtszunahme vom Luftstrom getrennt (gemäß Stokes’schem Gesetz).
- Einfluss wichtiger Parameter
| Parameter | Idealbereich | Einflussregel |
| Faserdurchmesser | 1–20 μm | Je geringer die Abscheideeffizienz, desto höher der Druckabfall. |
| Porosität | 85–95 % | Ein zu hoher Wert verringert die Koaleszenzeffizienz, ein zu niedriger Wert erhöht den Widerstand. |
| Oberflächenenergie | 20–30 mN/m | Der Wert muss zwischen der Oberflächenenergie der Öl- und der Gasphase liegen. |
| Luftströmungsgeschwindigkeit | 0,1–0,5 m/s | Ein zu hoher Wert führt zu sekundärem Mitreißen. |
II. Technologische Entwicklung von Agglomerationsmaterialien
(1) Einschränkungen herkömmlicher Materialien
- Glasfasern: werden durch Emulsion leicht zerstört (Lebensdauer <3 Monate)
- Edelstahldrahtgewebe: Abscheiderate von Öltröpfchen <1 μm <60 %
- Gewöhnliche PP-Fasern: Oberflächenenergie-Fehlanpassung (starke Schwankungen der Abscheideleistung)
(2) Neue Funktionsmaterialien
Gradientenbenetzende Materialien:
- Oberflächenschicht: perfluorierte Modifikation (Oberflächenenergie 18 mN/m)
- Übergangsschicht: Silanpfropfung
- Basisschicht: PET-Träger
- Effekt: Mineralölabscheiderate >99,5 %
Intelligente Reaktionsmaterialien:
- Thermosensitiver Typ (PNIPAM-Modifikation): automatisches Schrumpfen der Poren über 25 °C
- pH-sensitiver Typ: saure Umgebung erhöht die Lipophilie
Nanokompositfasern:
- PVDF/Graphen-Fasern, hergestellt durch Elektrospinnen
- Spezifische Oberfläche um das 5- bis 8-fache erhöht
- Abscheideleistung von Nanoöl Nebel (0,1 μm) beträgt 98 %
Selbstheilendes Material:
- Mikroverkapseltes Reparaturmittel, Auslösetemperatur: 80 °C, Reparatureffizienz: > 85 %
Photokatalytische Regeneration:
- TiO2/g-C3N4-Heteroübergang
- Sichtbarer Lichtempfindlichkeitsbereich: 420–650 nm
- Ölabbaurate: 95 %/24 h
Digitales Zwillingssystem:
- Multiphysikalisches Feldkopplungsmodell
- Echtzeit-Simulationsschritt: 1 ms
- Genauigkeit der virtuellen Fehlersuche: 98 %
Mit dem Aufkommen der Industrie 4.0 entstehen intelligente Affinitätskoaleszenzsysteme. Integrierte Dünnschichtsensoren überwachen den Betriebszustand von Koaleszern in Echtzeit, und Algorithmen der künstlichen Intelligenz können den optimalen Wartungszeitpunkt vorhersagen. Diese „denkende“ Lösung zur Ölnebelbehandlung definiert die Standards der industriellen sauberen Produktion weltweit neu. Von Präzisionselektronikwerkstätten in Tokio bis hin zu Ölbohrplattformen in Houston bietet die Affinitätskoaleszenztechnologie maßgeschneiderte Lösungen für verschiedene Branchen und beweist damit eine beispiellose technologische Inklusivität.
Gemäß der Norm ISO 29463-3 weist die neueste Generation von Affinitätskoaleszenzsystemen folgende Leistung auf:
| Leistungsparameter | Prüfnorm | Testergebnisse |
| 0,3 μm Öltröpfchenfiltrationseffizienz | ISO 16890 | 99,97 % |
| Maximale Betriebstemperatur | ASTM D638 | 120 °C |
| Druckabfall | EN 1822 | <200 Pa bei 1 m/s |
| Staubspeicherkapazität | ISO 11057 | >500 g/m² |
| Lebensdauer | Dauerbetriebsprüfung | 18–24 Monate |
Vergleichstests des Fraunhofer-Instituts in Deutschland zeigen, dass die Affinitätskoaleszenztechnologie unter gleichen Betriebsbedingungen 62 % Energie im Vergleich zu herkömmlichen Elektrofiltern (ESP) und 75 % Platz im Vergleich zu Schwerkraftsedimentationssystemen spart.
Mit dem Aufkommen innovativer Technologien entwickelt sich die Ölnebelbehandlung rasant in eine effizientere, intelligentere und nachhaltigere Richtung und leistet wichtige technische Unterstützung für die grüne Transformation der globalen Fertigungsindustrie. Laut der Prognose von MarketsandMarkets wird der globale Markt für Ölnebelbehandlung bis 2028 4,78 Milliarden US-Dollar erreichen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 8,7 %, wobei die Affinitätskoaleszenztechnologie mehr als 60 % des Marktanteils ausmachen wird. Trenntech Filtration hat im Segment der Affinitätskoaleszenzfilterelemente bahnbrechende Erfolge erzielt und das Problem der Ölnebelbehandlung für globale Kunden gelöst.