Studien zur Gasadsorption an porösen Festkörpern: die energetische Heterogenität und verbesserte Isothermeninterpretation
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)
- Poröse Glaskugeln als Modellsysteme für die Gasadsorption: Herstellung, Untersuchung von Sorptionsmechanismen und vergleichende Charakterisierung, Universität Leipzig, 3/2014
Christian Reichenbach
- Suitability of L and U curve methods for calculating reasonable adsorption energy distributions from nitrogen adsorption isotherms, Adsorption Science & Technology 32 (2014) 521-534
S. Arnrich, P. Bräuer, M. Klauck, G. Kalies
(Siehe online unter https://doi.org/10.1260/0263-6174.32.7.521) - Thermodynamic interpretation of sorption isotherms on novel nanoporous materials, Vortrag, 27th European Symposium on Applied Thermodynamics (ESAT), Eindhofen, Juli (2014)
S. Arnrich, C. Reichenbach, D. Klank, M. Klauck, G. Kalies
- Gas adsorption isotherms on solids: How to obtain information on surface heterogeneity, Vortrag, Intern. Konferenz ISSHAC-9, Wroclaw, Juli (2015)
S. Arnrich, P. Bräuer, D. Klank, M. Klauck, G. Kalies
- Solving the adsorption integral equation with Langmuir kernel by differentiation and Fourier series and the influence of temperature on the stability of the solution, J. Math. Chemistry 53 (2015) 1997-2017
S. Arnrich, P. Bräuer, G. Kalies
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10910-015-0531-5) - Thermodynamics of interfaces and calculation of adsorption energies from sorption isotherms, Vortrag, 28th European Symposium on Applied Thermodynamics (ESAT), Athen, Juni (2015)
S. Arnrich, P. Bräuer, D. Klank, M. Klauck, G. Kalies
- Adsorptive separation of C2/C3/C4-hydrocarbons in a flexible Cu-MOF: The influence of temperature, chain length and bonding character. Microporous & Mesoporous Materials, Volume 224, April 2016, Pages 392-399
T. Hähnel, G. Kalies, R. Krishna, M. Lange, J. Möllmer, J. Hofmann, M. Kobalz, H. Krautscheid
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2015.12.056)
