Entwicklung selektiver Membranen auf Basis nanoporöser organischer Gerüstverbindungen für Nanofiltrationsanwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Marcus Rose
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 261819694

Moderne Membrantechnologien besitzen enormes Potential für energie- und kosteneffiziente Stofftrennprozesse. Insbesondere die Entwicklung selektiver Nanofiltrationsverfahren für zukünftige Bioraffinerieprozesse erfordert neue Membranmaterialien sowie ein grundlegendes Verständnis von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen dieser und der zu trennenden Substanzen. Großes Potential besitzen neuartige nanoporöse Polymere sowie organische Gerüstverbindungen, die in den letzten Jahren enormes Interesse erfahren haben. Sie sind vielversprechende Materialien für die Stofftrennung, da ausgewählte Poreneigenschaften sowie die Polarität der inneren Oberfläche maßgeschneidert werden können. Im Rahmen des angestrebten Projekts sollen daher Mixed-Matrix-Membranen auf Basis systematisch optimierter nanoporöser Polymere hergestellt und in der Trennung des anwendungsrelevanten Modellsystems 5-Hydroxymethylfurfural (HMF)/Fructose in wässriger Lösung mittels Nanofiltration untersucht werden. Einen Schwerpunkt stellen die Materialien dar. Neben dem Einsatz von Referenzverbindungen soll insbesondere eine neue, besser skalierbare Synthesestrategie für elementorganische Gerüstverbindungen entwickelt werden, die über ein Grignard- anstatt eines Organolithium-Intermediates verläuft. Durch die verringerte Reaktivität wird die Reaktionskontrolle der Netzwerkbildung verbessert und dadurch eine gezieltere Einstellung der Poreneigenschaften sowie der chemischen Natur der inneren Oberfläche angestrebt. Durch systematische Variation der Konnektorspezies soll eine Reihe von Materialien mit unterschiedlicher Polarität der inneren Oberfläche hergestellt werden. In Versuchen zur Flüssigphasenadsorption von HMF und Fructose aus wässriger Lösung werden anschließend Struktur-Eigenschafts-Beziehungen evaluiert, die für die Trennung der Komponenten in der flüssigen Phase essentiell sind. Schließlich werden die als feine, unlösliche Pulver anfallenden Polymere zu Mixed-Matrix-Membranen verarbeitet und deren Trennverhalten in der Nanofiltration des HMF/Fructose-Gemisches in wässriger Lösung untersucht. Das Projekt vereint damit schwerpunktorientierte Grundlagenforschung im Bereich neuer poröser Materialien und deren Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in der Flüssigphasenadsorption biogener Plattformchemikalien mit der anwendungsbezogenen Entwicklung neuer Trennverfahren auf Basis von Membran-Nanofiltration für zukünftige Bioraffineriekonzepte.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen