Adsorptionskinetik in hierarchischen porösen carbid-abgeleiteten Kohlenstoffmaterialien

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Kaskel
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 224953578

Adsorptionsfilter sind essentielle Komponenten in technischen Applikationen für die Entfernung von organischen Dämpfen in Produktionsprozessen, die Entfernung von Minoritätskomponenten in Gasströmen, Benzinrückgewinnung, der Elimination toxischer Gase aus Luft sowie für das Geruchsmanagement.Für die Verwendung poröser Materialien in Filtermedien ist nicht nur die Aufnahmekapazität von Bedeutung. Vielmehr benötigen Filtersysteme mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten auch hohe Adsorptionsgeschwindigkeiten, um den Durchbruch von Toxinen oder organischen Luftverunreinigungen zu vermeiden.Poröse Materialien, welche miteinander verbundene Porensysteme aufweisen, die über mehrere Größenordnungen variieren, sind erwünscht in derartigen Adsorptionsfiltern.Die Realisierung eines gut definierten Makroporensystems (d > 50 nm), welches ein Netzwerk aus Mikroporen (d < 2 nm) mit hoher Adsorptionskapazität kombiniert, garantiert extrem hohe Adsorptionsraten durch schnellen Stofftransport im Makroporensystem. Carbid-abgeleitete Kohlenstoffmaterialien (engl.: Carbide Derived Carbon, kurz CDC) gehören zu einer neuen Klasse attraktiver poröser Kohlenstoffmaterialien mit sehr hoher Adsorptionskapazität und spezifischen Oberflächen bis zu 2800 m2/g. Replizierende Gießverfahren, welche in Dresden entwickelt wurden, ermöglichen die Kombination einer hohen Mikroporosität, welche für die Entfernung von kleinen Gasmolekülen geeignet ist, mit Mesoporen oder sogar Makroporen in einem sekundären Porensystem. Das Gießen polymerer Vorstufen kann zur Herstellung geordneter Meso- oder Makroporen genutzt werden, wenn geeignete Template genutzt werden.Das Vorhaben konzentriert sich auf die Herstellung derartiger hierarchischer poröser CDC-Materialien. Ein wichtiges Ziel besteht in der Identifikation geeigneter sekundärer Porensysteme, deren Topologie eine erhöhte Adsorptionsrate kleiner Moleküle wie z. B. Kohlenwasserstoffe ermöglicht. Es ist geplant, die Adsorptionsrate mittels Durchbruchsexperimenten, gravimetrisch sowie mittels neuartiger optischer Detektionsmethoden (Infrasorb, Rubotherm) zu untersuchen. Ausgewählte Proben sollen zudem in der Flüssigphasenadsorption und katalytischen Oxidation getestet werden, um die verbesserten Merkmale der hierarchischen Porenstrukturen aufzuzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen