Systematische Untersuchung der Aktivierung von Zeolith X und Korrelation von Kationenverteilung mit Adsorptionseigenschaften

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dieter Bathen; Professorin Dr. Claudia Weidenthaler
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559086591

Zeolithe spielen als Adsorbentien und Katalysatoren eine große Rolle in der Verfahrenstechnik. Wichtiger Teilschritt der Zeolith-Synthese ist die thermische Aktivierung. Dabei wandern Kationen auf ihre endgültigen Plätze in der Zeolith-Struktur. Die Verteilung der Kationen beeinflusst die technisch relevanten Adsorptionseigenschaften, insbesondere Adsorptionskapazität und -wärme. Bisher existieren keine Studien, in denen systematisch der Einfluss verschiedener Aktivierungsbedingungen sowohl auf die kristallographischen als auch auf die adsorptiven und energetischen Eigenschaften untersucht wurde. Das Ziel des Projekts ist es, die Zusammenhänge in der Ursache-Wirkungs-Kette „Prozessparameter der thermischen Aktivierung“ -> „Kationenverteilung in der Zeolith-Struktur“ -> „Adsorptionseigenschaften“ durchgängig mechanistisch zu verstehen bzw. zu modellieren und dabei insbesondere eine Methode zur Korrelation von Kationenverteilungen und Adsorptionseigenschaften von Zeolithen zu entwickeln. Dazu soll die thermische Aktivierung von Zeolith X systematisch experimentell untersucht, auf der strukturellen und molekularen Ebene mechanistisch verstanden und quantitativ beschrieben werden. Neben Na-X- und Ca-Na-X-Systemen werden weitere Systeme mit zweiwertigen Erdalkalikationen, z.B. Ba-Na-X und Sr-Na-X-Systeme untersucht. Hierzu soll eine Kombination von kristallographischen, spektroskopischen und volumetrisch-kalorimetrischen Messverfahren eingesetzt werden. Ergänzend zu ex situ Experimenten werden in situ Raman-Experimente und in situ Totalstreuungsexperimente an Synchrotronquellen unter Aktivierungsbedingungen durchgeführt und mit Gasadsorptionsexperimenten methodisch kombiniert. Die hohe zeitliche Auflösung der Experimente wird genutzt, um neben Gleichgewichten auch die Kinetik der Prozesse zu analysieren. Zur Modellbildung und Auswertung der Messdaten werden heuristische Ansätze entwickelt, aber auch Ansätze, die sich u.a. aus diversen auf Dubinin zurückgehenden Modellen ergeben, verwendet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen