Entwicklung von Polymermembranen für die Abtrennung von Kohlendioxid aus Gasströmen

Ballhorn, Michael; Höcker, Hartwig

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-1661

Entwicklung von Polymermembranen für die Abtrennung von Kohlendioxid aus Gasströmen

Ballhorn, Michael (Author)

2000 & 2001

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Michael Ballhorn

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2000

UmfangXIV, 171 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2000

Prüfungsjahr: 2000. - Publikationsjahr: 2001

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Höcker, Hartwig (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2000-11-16

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-1661
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/60318/files/01_078.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Chemie (frei) ; Technische Membran (frei) ; Polymere (frei) ; Aminogruppe (frei) ; Gaspermeation (frei) ; Kohlendioxid (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer Polymere zur selektiven Abtrennung von Kohlendioxid mit Polymermembranen war die Beobachtung, daß aminofunktionelle Gruppen im Polymer einen carriervermittelten Transport von Kohlendioxid ermöglichen. Daher wurden Polymethacrylate und Polyacrylate mit unterschiedlichen Aminogruppen in der Seitenkette, Polymere auf 4-Vinylpyridinbasis und jeweils deren Copolymere mit Acrylnitril hergestellt und auf ihre Anwendbarkeit als Ausgangsmaterial für die Entwicklung von Membranen untersucht. Es wurden freitragende Polymerfilme hergestellt und auf ihre Gastrenneigenschaften für H2, He, N2, O2, CO2 und CH4 untersucht. Der Einfluß der Polymerstruktur auf den Diffusions- und Löslichkeitskoeffizienten und damit auf die Gaspermeabilität wurde diskutiert und Strukturelementen zugeordnet. Es konnte gezeigt werden, daß durch das Einbringen von Aminogruppen in eine Polymermatrix zwar der Löslichkeitskoeffizient für Kohlendioxid erhöht, der Diffusionskoeffizient aber viel stärker durch eine Strukturänderung der Polymerhaupt- und -seitenketten beeinflußt wird. Zum Nachweis der carriervermittelten Diffusion sind druckabhängige und temperaturabhängige Gasflußmessungen an Kompositmembranen durchgeführt worden. Bei keiner dieser Messungen konnte für ein getestetes Polymer ein Anhaltspunkt gefunden werden, der auf einen carriervermittelten Transport von Kohlendioxid schließen läßt, wie in der Literatur postuliert wurde. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Verbesserung des Gasflusses von Kompositmembranen. Anhand von Celluloseacetat als selektiver Schicht wurde gezeigt, daß bei gleichbleibender Selektivität eine weitere Steigerung des Gasflusses möglich ist, wenn die selektive Schicht aus einem Lösemittelgemisch aufgetragen wird, das aus einem leichterflüchtigen Löse- und einem schwererflüchtigen Nichtlösemittel besteht.

The development of new polymers for selective separation of carbon dioxide with polymeric membranes is based upon the fact that amino groups in aqueous matrices facilitate the transportation of carbon dioxide. Therefore polymethacrylates and polyacrylates with different amino groups in side chains, polymers based on 4-vinylpyrridin and co-polymers of each with acrylonitrile were synthesised. Gas separation properties were tested for the gases H2, He, N2, O2, CO2 and CH4. The influence of the polymeric structure on the diffusion and solubility coefficients and therefore on the permeability was discussed and assigned to structural elements. It was shown that by the introduction of amino-functional groups in a given polymeric matrix the solubility coefficient of carbon dioxide increases. However the diffusion coefficient appeared to be affected much stronger by structural changes of the polymeric main- or side-chains. To create optimal conditions for facilitated diffusion, gas fluxes were tested pressure- and temperature-dependent. None of these tests gave rise to a facilitated diffusion of carbon dioxide in amino-functional polymers as postulated in literature. Furthermore it was shown using cellulose acetate as selective layer, that a further increase of gas flux, by keeping the same selectivity, is possible, when the film formation is performed with coating solutions containing a highly evaporating solvent and a non-solvent with a lower evaporating rate.

OpenAccess:
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