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Löslichkeitsselektive Mixed Matrix Membranen zur Gaspermeation
Löslichkeitsselektive Mixed Matrix Membranen zur Gaspermeation
Kramer, Verena
Inst. Prozess- und Verfahrenstechnik
In this work solubility selective mixed matrix membranes consisting of silicon polymers and activated carbon are investigated for transport and separation properties of n-butane and methane. For mathematical description of the permeation process a new model is developed based on one-dimensional discretisation of the separation layer. This is an innovative approach for modelling of mixed matrix membranes and can also be applied for other systems than the one investigated in this work. For the purpose of model adjustment and validation, experimental investigations were carried out including permeation experiments in lab scale with single gases and gas mixtures as well as measurements of solubility and adsorption equilibria. Based on experimental and modelling results, mass transfer mechanisms within the mixed matrix membrane are identified, membrane materials are evaluated and the influences of certain parameters on membrane performance are forecasted.
In dieser Arbeit werden löslichkeitsselektive Mixed Matrix Membranen aus silikonbasierten Polymeren und Aktivkohle bezüglich ihrer Trenn- und Transporteigenschaften von n-Butan und Methan untersucht und ein neues Stofftransportmodell für die mathematische Beschreibung des Permeationsvorgangs entwickelt. Dieses Modell basiert auf einer eindimensionalen Diskretisierung der zweiphasigen Trennschicht und stellt damit einen innovativen Ansatz zur Modellierung von Mixed Matrix Membranen dar, der nicht nur für das hier untersuchte Stoffsystem anwendbar ist. Zur Modellanpassung und -validierung wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, die sowohl Permeationsmessungen mit einzelnen Gasen und Gasgemischen im Labormaßstab als auch die Messung von Gaslöslichkeiten und Adsorptionsgleichgewichten umfassen. Auf Basis der experimentellen Ergebnisse und des angepassten Modells werden die in der Membran vorliegenden Stofftransportmechanismen identifiziert, die Materialien bewertet und die Einflüsse einiger Parameter auf die Membranperformance prognostiziert.
