Systematische Untersuchung des Einflusses von Aluminiumdichte und Struktureigenschaften auf das Wassersorptionsverhalten von Zeolithen

• Systematic investigation of the influence of Aluminum density and structural properties on the behavior of zeolites in water sorption

Maaz, Swaantje; Palkovits, Regina (Thesis advisor); Rose, Marcus (Thesis advisor)

Aachen (2020)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Thermisch betriebene Wärmepumpen können in Zukunft eine wichtige Rolle in der Nutzung von Abwärme übernehmen. Materialseitig kann auf die Effizienz eines solchen Systems u.a. Einfluss genommen werden, indem die strukturellen und chemischen Eigenschaften des Adsorbens entsprechend modifiziert werden. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf dem Einfluss der Aluminiumdichte und weiterer struktureller Eigenschaften, wie spezifischer Oberfläche, Porenvolumen und Mikro-/Mesoporenanteil, auf das Verhalten von Zeolithen in der Wassersorption. Eine ganzheitliche Betrachtung ist notwendig, um die Zusammenhänge in Relation zu setzen und idealerweise eine Struktur-Eigenschaftsbeziehung aufzustellen. Mit diesem Wissen können in Zukunft Adsorbentien gezielt für den Einsatz in Wärmepumpen maßgeschneidert werden. Es wurden kommerzielle Zeolithe unterschiedlicher Strukturtypen detailliert mittels Stickstoffphysisorption und Wassersorption untersucht. Am Beispiel des Typs FAU wurde außerdem der Einfluss des Gegenions (Li+, Na+, NH4+, H+) diskutiert. Des Weiteren erfolgte anhand einiger hierarchischer Zeolithe der Typen LTA und MFI eine Betrachtung des Einflusses von Meso- und Makroporen auf die Wassersorption. Die Wassersorptionsisothermen wurden qualitativ hinsichtlich des Verlaufs der Isotherme ausgewertet. Außerdem konnte durch die Berechnung des Porenfüllungsgrades bei niedrigem und hohem Relativdruck ein abweichendes Wassersorptionsverhalten für unterschiedliche Zeolithtypen mit gleicher Aluminiumdichte gezeigt werden. In allen Untersuchungen war der große Einfluss der Strukturparameter offensichtlich. Insgesamt wurde deutlich, dass die Wassersorption an Zeolithen sehr komplex ist und von den Materialeigenschaften stark beeinflusst wird. Daher ist eine einfache Betrachtung der Wassersorptionskapazität (Beladung bei hohem Relativdruck), wie häufig in der Literatur gesehen, nicht ausreichend, um über die Eignung eines Zeoliths für den Einsatz in einer Adsorptionswärmepumpe zu entscheiden.