H-gebundene poröse Gerüstmaterialien für die Luftqualität in Innenräumen: gleichzeitige Regulierung des H2O- und CO2-Gehalts

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Janiak
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545525712

Die Luftqualität in Innenräumen (IAQ) hat einen großen Einfluss auf die menschliche Gesundheit. Viele Europäer verbringen über 90% ihrer Zeit in Innenräumen, und der größte Teil der 10 000 Liter Luft, die wir täglich einatmen, ist Innenraumluft. In Innenräumen ist die CO2-Konzentration höher als im Freien (400 ppm oder 0,04 %), was auf das von den Bewohnern ausgeatmete CO2 zurückzuführen ist (die von einem Menschen ausgeatmete Luft enthält zwischen 4000 und 5000 ppm CO2). Ein Innenraumwert von 1000 ppm (1800 mg/m3) gilt in vielen europäischen Ländern als Referenzwert. Konzentrationen von mehr als 1000 ppm können zu Müdigkeit, Konzentrationsschwäche oder Kopfschmerzen führen. Die relative Luftfeuchtigkeit ist ebenfalls ein wichtiger Faktor, der das Wohlbefinden der Bewohner beeinflusst. Eine zu hohe Luftfeuchtigkeit (über 90%) erhöht die Intensität von heißen oder kalten Temperaturen, während eine zu niedrige Luftfeuchtigkeit (unter 20%) zu Reizungen von Augen, Nase und Rachen führen kann. Normalerweise werden Luftfeuchtigkeit und CO2 durch Belüftung verdünnt und aus den Gebäuden entfernt, aber dies erfordert eine entsprechende Infrastruktur für die Klimatisierung, und das Öffnen eines Fensters ist nicht immer möglich. Außerdem kann ein Trockenmittel die Luft in Kombination mit einer herkömmlichen Klimaanlage entfeuchten, um eine ineffiziente Überkühlung der Luft unter ihren Taupunkt zu verhindern. Silicagele und Zeolithe werden häufig als Trockenmittel verwendet, sind aber nicht sehr effizient für die Entfeuchtung, da Silicagele eine lineare Aufnahme über den gesamten Wasserdampf-Partialdruckbereich aufweisen und Zeolithe zu hydrophil sind und eine hohe Regenerationstemperatur erfordern. In diesem Antrag beabsichtigen wir, mikroporöse H-gebundene Gerüstmaterialien (engl. H-bonded Open Frameworks, HOFs) mit H2O- und CO2-Adsorptionseigenschaften zu entwickeln, um die Gehalte autonom abschwächen können, d. h. die Luftfeuchtigkeit unter 60% und CO2-Gehalt unter 1000 ppm zu bringen, als potenzielle wartungsfreie Adsorbentien für die Feuchtigkeits- und CO2-Kontrolle in geschlossenen Räumen. Die betrachteten HOFs bauen auf den von der Gruppe in Toulouse entwickelten Verbindungen SPA-1 und SPA-2 auf. In gemeinsamen Vorarbeiten haben wir gezeigt, dass diese HOFs die Möglichkeit bieten, die chemische Funktionalisierung der Poren in einer gegebenen H-gebundenen Struktur präzise zu steuern, ohne die Topologie der Referenzstruktur zu verändern, und somit die Sorptionseigenschaften des Materials fein abzustimmen. Die Synthese und Charakterisierung dieser HOFs wird mit Fokus auf den zugänglichen Hohlraum, die strukturellen und chemischen Stabilitäten, die Sorptionseigenschaften und die Aktivierungsbedingungen für die autonome zyklische H2O- und CO2-Sorption entwickelt werden. Die Trägerung dieser HOFs auf Oberflächen mit Bindemitteln wird durchgeführt. Anwendungen für die gleichzeitige H2O- und CO2-Regulierung in der Innenraumluft werden untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Jean-Pascal Sutter