Geordnete Kohlenstoffnanoröhren als poröse Materialien für die selektive Gasadsorption und Desorption

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Müller-Plathe; Professor Dr. Jörg J. Schneider
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 206083427

Zusammenfassung n der dritten Förderperiode werden wir unsere kombinierten experimentellen und theoretischen Arbeiten zur Gasadsorption in hochgeordneten dreidimensionalen Packungen von Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) fortsetzen. Die Möglichkeit, solcheStrukturen technisch als Adsorbentien für unerwünschte Bestandteile von Rauchgasen (je nach Einsatz z.B. CO2, SO2, NOx oder H2S) zu nutzen, ist eine Motivation. Dazu kommt ihre Eignung als perfekte Modellsysteme für grundlagenwissenschaftliche Untersuchungen der Gasadsorption in Kohlenstoffmaterialien. Wir sind in der Lage, sie reproduzierbar und mit kontrollierter Geometrie (Durchmesser, Länge,Röhren-Abstand) herzustellen. Dies ist von signifikantem Vorteil gegenüber ungeordneten CNT Materialien, da Ergebnisse zwischenExperiment und Simulation vergleichbar sind. Ausgehend von den Ergebnissen der vorraussgegangenen Förderperioden werden wirweiterhin experimentelle Methoden (gezielte Herstellung, spektroskopische Charakterisierung und Adsorptionsmessungen bei verschiedenen Drücken) und Simulationsverfahren (großkanonisches Monte-Carlo für die Thermodynamik der Adsorption, Molekulardynamik für Transportvorgänge, sowie analytische Modelle) in Kombination verwenden. Es ist geplant, aufbauend auf den bislang erzielten Ergebnissen die Forschungsaktivitäten sowohl hinsichtlich wissenschaftlicher Fragestellungen als auch hinsichtlich der eingesetzten Methoden zu nochmals zu erweitern. Adsorption von Gasmischungen. Es sollen Selektivitäten der CNT-Packungen bezüglich bestimmter Mischungsbestandteile auf molekularer Ebene verstanden werden, insbesondere im Hinblick auf Aspekte der technischen Gastrennung und -reinigung. Dazu gehört das Verständnis von wechselseitiger Behinderung oder Förderung der Adsorption verschiedener Gase. Elektrisch geladene CNTPackungen. Unsere theoretischen Rechnungen haben gezeigt, dasssich die Adsorption von CO2 in CNT-Packungen durch deren elektrische Aufladung regeln lässt. Diese Vorhersagen sollen jetzt in einem experimentellen Aufbau getestet werden, der die Messung von Adsorptionsisothermen in elektrisch kontaktierten CNT-Packungen erlaubt. Es soll untersucht werden, ob sich elektrisch aufladbare CNTPackungen als Bauteile zum Schalten von Gasadsorption und -desorption (electrostatic swing adsorption) nutzbar machen lassen. Chemisch modifizierte CNTs. Durch Behandlung mit verschiedenen Gasplasmen konnten chemische Funktionalisierungen und damit verbunden höhere Gasadsorptionen an der CNT-Oberfläche gezielt erzeugt werden. Diese experimentellen Untersuchungen sollen fortgesetzt und durch Simulationen begleitet werden. Das Ziel ist dabei ein Verständnis der Adsorption an einzelnen Oberflächengruppen oder Defekten, ihrer wechselseitigeBeeinflussung und ihrer Selektivität. Die Ergebnisse sollen verwendet werden, um Oberflächenfunktionalisierungen mit gezieltenAdsorptions- und Selektivitätsparametern vorzuschlagen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1570: Poröse Medien mit definierter Porenstruktur in der Verfahrenstechnik - Modellierung, Anwendungen, Synthese