Gastransport in funktionalisierten Mesoporen
Grundlegendes Verst?ndnis der Mechanismen und Wechselwirkungen zwischen Oberfl?chenfunktionalit?ten por?ser Materialien und der Gasphase ist für den Fortschritt in Gebieten wie der Membrantechnik oder der Gaschromatographie unverzichtbar. Wirkungen von Oberfl?chenfunktionalisierungen wurden für Mikroporen (< 2 nm) eingehend untersucht, aber über ihre Wirkung auf den Gastransport in gr??eren Poren, in denen die Oberfl?chendiffusion vernachl?ssigt wird, ist wenig bekannt. Jüngste Studien zeigen, dass selbst bei Mesoporen von 20 nm und darüber Funktionalisierungen einen deutlichen Einfluss auf die Selektivit?t des Gastransports haben k?nnen. Jedoch wurden noch keine Versuche unternommen, Struktur-Wirkungs Beziehungen im Hinblick auf den Gastransport zu quantifizieren. Das Ziel des Vorhabens ist es, eine Basis an experimentellen Daten zu generieren, anhand der quantitative Struktur-Transport Beziehungen erstellt werden. Dies soll es erm?glichen, profundes Verst?ndnis über den Einfluss von Oberfl?chenfunktionalisierungen auf Mechanismen des Gastransports zu erhalten.
Schematische Darstellung eines Gasmoleküls bei der Druchquerung einer Pore mit und ohne Oberfl?chenfunktionalisierung (in diesem Fall lange alkyl-Ketten).
Inbesondere bei Gastrennmembranen und in der Chromatographie kommen oftmals chemische Oberfl?chenfunktionalisierungen zum Einsatz um den Fluss einer bestimmten Spezies zu beschleunigen oder zurückzuhalten. Dabei fehlt jedoch oft ein allumfassendes Verst?ndnis der involvierten Mechanismen, weshalb potentielle Anwendungsgebiete nicht erschlossen und die Effektivit?t solch funktioneller Oberfl?chen nicht ausgereizt werden kann.
In Mesoporen (2-50 nm) ist unter Normalbedingungen die Knudsenzahl gro?, sodass sich Gase mit einer Knudsenstr?mung durch die por?sen Strukturen bewegen. Glücklicherweise hat eine solche Knudsenstr?mung einen linearen Zusammenhang zwischen Gasfluss und Druck und theoretisch errechnete Werte stimmen in der Regel sehr gut mit experiementellen Werten überein. Aus diesem Grund bieten Systeme mit Knudsenstr?mung eine ideale Modellstruktur um den Einfluss von Oberfl?chenfunktionalisierungen auf den Gasfluss systematisch zu untersuchen.
Um die Auswirkungen von Funktionalisierungen auf den Fluss von Gasen zu untersuchen, stellen wir mesopor?se (inorganische) Membranen mit monomodaler Porengr??enverteilung her. Die Oberfl?che der Membranen wird dann mit unterschiedlichen chemischen Gruppen funktionalisiert, wie zum Beispiel Alkyl-Ketten unterschiedlicher L?nge, Phenyl- oder auch Aminogruppen. Anschlie?end werden Gaspermeationsmessungen bei unterschiedlichen Temperaturen mit verschiedenen Gasen durchgeführt um die grundlegenden Beziehungen zwischen Gasmolekülen und funktionellen Gruppen zu untersuchen
Publikationen aus dem Projekt
S. Kunze et al. (2022). Scientific Reports 12, 2057. https://doi.org/10.1038/s41598-022-05871-y
B. Besser et al. (2020). ACS Applied Materials & Interfaces. 12(35), 39388–39396. https://doi.org/10.1021/acsami.0c08619
Publikation aus unserer Gruppe (au?erhalb dieses Projekts entstanden)
B. Besser et al. (2015), Micropor Mesopor Mat 217, 253–261. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2015.06.042
B. Besser et al. (2016), ACS Appl Mater Interfaces 8(40), 26938–26947. http://doi.org/10.1021/acsami.6b09174
B. Besser et al. (2017), Micropor Mesopor Mat 237, 38–48. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2016.09.026
Benjamin Bessers Doktorarbeit
Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. Jorg Th?ming
Raum UFT 2020
Tel. +49 (0)421 218–63300
thoemingprotect me ?!uni-bremenprotect me ?!.de
Weitere Infos
DFG Projekt in Kooperation mit Kurosch Rezwan (Advanced Ceramics, Uni Bremen).
