Stofftransport von Gasen in funktionalisierten Mesoporen: Struktur-Wirkungs Beziehungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kurosch Rezwan; Professor Dr.-Ing. Jorg Thöming
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 394204800

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt wurde der Gasfluss durch funktionalisierte, mesoporöse Membranen untersucht. Drei Arten von Membranen, 9 funktionelle Gruppen und 10 verschiedene Gase wurden bei 10 verschiedenen Temperaturen zwischen 253 und 353 K untersucht. Zu diesem Zweck wurde eine etablierte Gaspermeationsapparatur so automatisiert, dass stationäre Messungen im Hochdurchsatz möglich wurden. Die erzielten Ergebnisse bestätigen die ersten beiden Arbeitshypothesen: Es besteht eine lineare Abhängigkeit zwischen der Abnahme des Gasflusses und der Länge der funktionellen Moleküle sowie ein Verschwinden des in früheren Studien beobachteten Selektivitätseffekts bei niedrigen Temperaturen. Überraschenderweise wurde jedoch keine andere Korrelation zwischen der Art der funktionellen Gruppe und dem Gasfluss gefunden. Bei der Analyse der experimentellen Ergebnisse mittels einer Rangkorrelation mit molekularen Eigenschaften aus COSMOtherm- Simulationen und der Literatur identifizierten wir das Molekülvolumen und die Moleküloberfläche sowie die molekulare Polarisierbarkeit als die einflussreichsten Parameter, die auf Dispersionskräfte als treibende Kraft für die bei C16-Funktionalisierungen beobachtete erhöhte Selektivität hinweisen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2020) Surface functionalization of mesoporous Membranes: Impact on Pore Structure and Gas Flow Mechanisms. ACS Applied Materials & Interfaces. 12(35), 39388–39396
  B. Besser, S. Kunze, M. Wilhelm, K. Rezwan und J. Thöming