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Studien zur Gasadsorption an porösen Festkörpern: die energetische Heterogenität und verbesserte Isothermeninterpretation

Antragstellerin Professorin Dr. Grit Kalies
Fachliche Zuordnung Technische Chemie
Förderung Förderung von 2012 bis 2015
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 202228191
 
Erstellungsjahr 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Gasadsorption hat sich international als eine Standardmethode zur texturellen Charakterisierung poröser Festkörper etabliert, da sie eine schnelle und kostengünstige Analysetechnik darstellt. Im Projekt wurde nach Möglichkeiten gesucht, die Interpretation von experimentellen Adsorptionsisothermen reiner Gase hinsichtlich der Gewinnung von relevanten Festkörperparametern zu verbessern. Dies betraf einerseits die Adsorptionsisothermen von neuartigen Festkörpern wie z.B. hochtortuosen nanoporösen Gläsern oder flexiblen MOF-Materialien, deren Charakteristika wie breite Niederdruckadsorptionshysteresen infolge adsorptionskinetischer Effekte oder deutliche Stufen im adsorbierten Volumen aufgrund von flexiblen Festkörperstrukturen umfassend studiert wurden. Andererseits wurden zwei Wege verfolgt, um eine Berechnung von vertrauenswürdigen Adsorptionsenergieverteilungsfunktionen aus gemessenen Adsorptionsisothermen (Totalisothermen) zu ermöglichen. Der erste Weg zur Lösung der Adsorptionsintegralgleichung (AIG), die Suche nach geeigneten niedrig parametrisierten Ansatzfunktionen zur Beschreibung der Totalisothermen, erwies sich im Sinne der Berechnung von verlässlichen Verteilungsfunktionen als Irrweg. Ohne plausible chemische Modellannahmen ist es prinzipiell nicht möglich, niedrig parametrige Ansätze zu verwenden. Ein Fazit ist, dass nur Regularisierungsverfahren zur Lösung der AIG infrage kommen. In der Folge wurden die Grundlagen für ein maßgeschneidertes Regularisierungsverfahren zur Lösung der Adsorptionsintegralgleichung mit Langmuir-Kern in Form einer Fourierreihe entwickelt. Die Vorteile des Verfahrens liegen darin, dass explizite Fehlerverstärkungsterme enthalten sind und einfache Kriterien für die Güte der approximativen Lösung gegeben sind. Im fehlerfreien Fall konnten auch komplizierte synthetische Adsorptionsenergieverteilungsfunktionen verlässlich reproduziert werden, woran die bisherigen Regularisierungsverfahren scheiterten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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