Micro-Imaging transienter Konzentrationsprofile von Gastgemischen in Zeolithkristallen

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Haase; Professor Dr. Jörg Kärger
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259001939

Beim großtechnischen Einsatz nanoporöser Materialien, insbesondere bei der Stofftrennung durch Selektivadsorption und Stoffwandlung durch heterogene Katalyse, gehört der intrakristalline Diffusionskoeffizient zu den entscheidenden Kennziffern für ihre Wirtschaftlichkeit. Von besonderer Bedeutung ist dabei das Diffusionsverhalten im Gemisch, da bei all diesen Anwendungen der Stofftransport unter den Bedingungen der Mehrkomponentenadsorption erfolgt. Für Messungen unter Gleichgewichtsbedingungen verfügen wir inzwischen mit der PFG (Pulsed Field Gradient) NMR über ein leistungsfähiges, wohletabliertes Verfahren. Die Voraussetzungen für intrakristalline Diffusionsmessungen unter Nichtgleichgewichtsbedingungen sind allerdings erst im letzten Jahrzehnt durch den Einsatz der Techniken des Micro-Imaging, nämlich die Interferenz-Mikroskopie und die IR-Mikro-Spektroskopie, und die damit verbundene Möglichkeit der Aufnahme transienter intrakristalliner Konzentrationsprofile geschaffen worden. Nachdem die Methoden des Micro-Imaging zunächst hauptsächlich bei der Untersuchung der Einzelstoffsorption zum Einsatz kamen und Erscheinungen der Gemischadsorption in der Regel nur integral, also als Mittelwert der jeweiligen Konzentrationen über den jeweils untersuchten Kristall, betrachtet wurden, widmet sich der vorliegende Projektvorschlag gezielt der selektiven Messung der Konzentrationsverteilung der einzelnen Komponenten in Gastgemischen und ihrer zeitlichen Entwicklung. Diese Art von Information war der direkten Beobachtung bisher unzugänglich und eröffnet die Möglichkeit, die einzelnen Elemente der Diffusionsmatrix, die bei Mehrkomponentensorption an die Stelle des skalaren Diffusionskoeffizienten treten, experimentell zu ermitteln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen