Untersuchung der porösen Materialien auf ihre Sorptionseigenschaften für die Adsorptionswärmeanwendung

Sedelnikova, Olesya; Palkovits, Regina (Thesis advisor); Rose, Marcus (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit widmet sich einer allgemeinen Untersuchung der Wassersorptionseigenschaften von drei Klassen poröser Materialien, nämlich Zeolith, Kieselgel und Kohlenwasserstoffmaterialien, entsprechend ihrer strukturellen und chemischen Merkmale. Die erhaltenen Daten zur Wassersorption können nützliche Anwendungen für die thermische Energiespeicherung (TES) haben. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der Sorptionseigenschaften von kommerziellen Silikagel-Proben vor und nach der Behandlung mit einer Piranha-Lösung (Gemisch aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxide) durch Variation der Kontaktzeiten. Die Hydroxylierung der Silikageloberfläche führte zu einer Erhöhung der Hydrophilie der äußeren Oberfläche, woraufhin das Material eine verbesserte Wasserbeladung bei niedrigen relativen Drücken zeigte. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit den Sorptionseigenschaften von Kohlenwasserstoffen: Aktivkohle, poröse Kohlenstoffquader (PCCs) und Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs). Eine kommerzielle Probe der Aktivkohle Norit A Supra EUR von CABOT zeigte die höchsten spezifischen Oberflächenwerte, aber auch die niedrigsten Wasserbeladungswerte im Niederdruckbereich. Die porösen Kohlenstoffquader, die in früheren Untersuchungen als vielversprechende Materialien aufgrund ihrer hohen Wassersorptionskapazitäten beschrieben wurden, wurden nach der Arbeit von Hao und Mondin (2014) synthetisiert. Beide Proben (PCC-1 und PCC-2), zeigten eine hohe Reproduzierbarkeit sowie hohe Werte für die spezifische Oberfläche und die Wasserbeladung. Die Kohlenstoff-Nanoröhren mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und hydrothermaler Stabilität wurden als Kompositmaterial in einer Kombination mit einem Polymer Polyacrylnitril (PAN) untersucht, das eine hohe Konzentration an hydrophilen Nitrilgruppen (-CΞN) aufweist. Die PAN-CNT-basierten Materialien zeigten hohe Werte der Wasserbeladung im niedrigen Relativdruckbereich. Die Erhöhung des CNT-Gehaltes im PAN-CNT-Komposit führt zu einem höheren Gesamtporenvolumen, wobei jedoch seine Polarität mit abnehmender Konzentration des PAN-Polymers abnimmt. Seine Polarität nimmt jedoch mit abnehmender Konzentration des PAN-Polymers ab. Schließlich wurden die Sorptionseigenschaften von Zeolithmaterialien der morphologischen Typen FAU, MFI, LTA und GIS in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren wie Si/Al-Verhältnis (Modul), Art des Gegenions, Porengröße und deren Verteilung untersucht. Für diesen Teil der Studie wurden sowohl kommerzielle Proben als auch neu synthetisierte Proben verwendet. Die Zeolithe des FAU- und GIS-Typs wurden aufgrund ihrer hohen hydrophilen Eigenschaften mit postsynthetischen Methoden weiterbehandelt, einschließlich der Entkeimung mit einer NaOH-Lösung und der Nassimprägnierung mit Mg- und La-haltigen Lösungen. Die letzten beiden Zeolith-Typen zeigten die höchsten Werte der Wasserbeladung.