Das generelle, wissenschaftliche Ziel dieser Dissertation ist Methoden für die Herstellung einer trägergestützten Zeolithmembranen mit möglichst dünnen und defektfreien Zeolithschichten zu entwickeln und zu testen. Dazu sollten zwei unterschiedliche Vorgehensweisen zum Defektschluss verfolgt werden. Zum einen die direkte Synthese einer dünnen, defektfreien Zeolithmembran mittels einer multiplen in-situ Kristallisation des Zeolithen, wobei die Bekeimung des jeweiligen porösen Trägermaterials reaktiv im ersten Kristallisationsschritt erfolgt. Zum anderen das postsynthetische Schließen von vorliegenden Defekten innerhalb der Zeolithschicht nach der Membransynthese durch Kohlenstoffintegration, wobei ein organisches Material infiltriert wird und nachfolgend eine Karbonisierung durchgeführt wird. Hierbei werden flexible Kohlenstoffnanostrukturen in die Defekte der Zeolithschicht eingebracht was zu einem neuartigen Membrantyp, den kohlenstoffintegrierte Zeolithmembran, kurz CiZM (Carbon integrated Zeolite Membrane) führt. Die Selektivität dieser kohlenstoffintegrierter Zeolithmembranen für die CO2/N2 Trennung liegt deutlich über der Selektivität von reinen Zeolithmembranen mit α-Al2O3 als Trägermaterial.
Aktualisiert: 2021-01-21
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Gegenstand dieser Arbeit ist es, die Temperaturbeständigkeit von bikontinuierlichen Kompositmembranen bestehend aus Zeolith 4A und Visiomer HEMATMDI zu überprüfen und das Verhalten ihrer Permeanz im Verlauf der Temperaturerhöhung zu untersuchen. Weiterhin wird ihre Verwendbarkeit für technisch und industriell relevante Prozesse der Gastrocknung nachgewiesen. Zunächst wird thermogravimetrisch untersucht, bei welcher Temperatur Zersetzungserscheinungen an der polymeren Komponente auftreten. Anschließend wird thermogravimetrisch der Wassergehalt von Zeolith 4A im Bereich dieser Temperatur bestimmt. Hierauf folgen Permeationsmessungen mit Sauerstoff und Stickstoff an der bikontinuierlichen Kompositmembran. Die Temperatur wird hierbei schrittweise bis knapp unter die Zersetzungstemperatur des Polymers erhöht. Die Eignung der Membranen zur Gastrocknung wird exemplarisch an der Trocknung von Erdgas gezeigt. Es werden die Permeanzen für Wasserdampf und Methan als Hauptbestandteil von Erdgas mittels Einzelgasmessungen experimentell bestimmt. Aus diesen Permeanzen errechnet sich die ideale Selektivität der bikontinuierlichen Kompositmembran von Wasserdampf gegenüber Methan. Mit ihrer Hilfe lässt sich die Eignung der Membran zur Trocknung von Erdgas abschätzen.
Aktualisiert: 2022-12-15
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