Verbesserte Theorien zur Ermittlung von Adsorptionsenergieverteilungen poröser Festkörper

• Antragstellerin: Professorin Dr. Grit Kalies
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 343864554

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die energetische Heterogenität von klassischen und neueren porösen Festkörpern nimmt eine Schlüsselstellung bei ihrer Bewertung und Anwendung in Prozessen wie Adsorption, heterogene Katalyse oder Gasspeicherung ein. Verfahren zur Auswertung von experimentellen Adsorptionsisothermen von Gasen oder Flüssigkeiten an porösen Festkörpern, die auf der Lösung der Adsorptionsintegralgleichung beruhen, werden heute bereits vielfach genutzt, z.B. in kommerziellen Geräten zur Gasadsorptionsvolumetrie, doch liefern bisher noch keine verlässlichen Aussagen zu Adsorptionsenergieverteilungen (AEV) der Oberflächen poröser Festkörper. Insbesondere lässt sich der Fehler der AEV nicht abschätzen. Das Hauptziel des Projektes bestand in der Berechnung von vertrauenswürdigen AEV. Dafür wurde im Projekt erstmals ein vollständiges Regularisierungsverfahren für die Adsorptionsintegralgleichung mit Langmuir-Kern entwickelt. Es wurde gezeigt, dass bei gegebener Wahl des Regularisierungsparameters für ein verschwindendes Fehlerniveau der Totalisotherme auch der Approximationsfehler der AEV verschwindet. So lässt sich die Güte der Approximation in Abhängigkeit vom Fehlerniveau abschätzen, was bisher nicht möglich war. Das entwickelte Verfahren lässt sich für andere Kerne modifizieren, insofern sich die Adsorptionsintegralgleichung in eine Faltung transformieren lässt. Die Ergebnisse wurden anhand von Adsorptionsdaten aus der Gas- und Flüssigphase, mit unabhängigen experimentellen Methoden und mithilfe von Monte-Carlo-Simulationen verifiziert, um den Informationsgehalt von AEV besser zu bewerten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Adsorption and immersion on carbon molecular sieves, Vortrag, Int. Konferenz ISSHAC-10, Lublin, August (2018)
  T. Hähnel, J. Möllmer, M. Klauck & G. Kalies
  
• Measurement of liquid-phase adsorption on porous solids Poster, Int. Konferenz ISSHAC-10, Lublin, August (2018)
  T. Hähnel, C. Reichenbach, D. Klank, S. Arnrich & G. Kalies
  
• Adsorption zur Oberflächencharakterisierung, Vortrag, IFP-Symposium Zwickau, Mai (2019)
  S. Arnrich & G. Kalies
  
• Behavior of Microscopic Water Droplets on the External Surface of Metal-Organic Frameworks, Poster, Euro-MOF Konferenz, Paris, Oktober (2019)
  A. v. Wedelstedt, H. Chen, G. Kalies & R. Q. Snurr
  
• Impacts of Entropic Separation Effects Vortrag, AIChE Annual Meeting (Computational Molecular Science), Orlando, November (2019)
  A. v. Wedelstedt & Grit Kalies
  
• Vapor adsorption and liquid immersion experiments on carbon molecular sieves. Adsorption, 26(3), 361-373.
  Hähnel, Thomas; Möllmer, Jens; Klauck, Mandy & Kalies, Grit
  
• Do Internal and External Surfaces of Metal–Organic Frameworks Have the Same Hydrophobicity? Insights from Molecular Simulations. Langmuir, 36(43), 13070-13078.
  von Wedelstedt, Alexander; Chen, Haoyuan; Kalies, Grit & Snurr, Randall Q.
  
• Characterization of CMS by Gas and Liquid Adsorption, Vortrag, 3P Workshop on Adsorption and Characterization of Porous Solids, Leipzig, Mai (2021)
  S. Arnrich, M. Klauck & G. Kalies
  
• Liquid adsorption equilibria on carbon molecular sieves, Vortrag, VDI Thermodynamik Kolloquium, Dresden, September (2021)
  M. Klauck, J. Guhlmann, T. Hähnel & G. Kalies
  
• How Important Is the Internal Hydrophobicity of Metal–Organic Frameworks for the Separation of Water/Alcohol Mixtures?. Langmuir, 38(50), 15672-15682.
  von Wedelstedt, Alexander; Bockel, Lukas; Flehmig, Nora; Klauck, Mandy & Kalies, Grit
  
• Liquid adsorption and immersion of two alcohol–water mixtures on carbon molecular sieves. Adsorption, 28(3-4), 137-147.
  Klauck, Mandy; Guhlmann, Jonas; Hähnel, Thomas; Hauser, Matthias & Kalies, Grit
  
• MOF-VR: A Virtual Reality Program for Performing and Visualizing Immersive Molecular Dynamics Simulations of Guest Molecules in Metal–Organic Frameworks. Journal of Chemical Information and Modeling, 62(5), 1154-1159.
  von Wedelstedt, Alexander; Goebel, Gunther & Kalies, Grit
  
• A natural regularization of the adsorption integral equation with Langmuir-kernel. Journal of Mathematical Chemistry, 61(6), 1248-1274.
  Arnrich, Steffen & Kalies, Grit