Experimentelle Bestimmung und thermodynamische Modellierung der Druck- und Dichteabhängigkeit von Adsorptionsgleichgewichten mit nah- und überkritischen Fluiden

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Monika Johannsen
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260851204

Adsorptionsprozesse mit überkritischen Fluiden erlangen eine immer größere Bedeutung, wobei die Durchmesser der verwendeten Partikel mittlerweile auch in die Nanoskala vordringen. Eine genaue Kenntnis der zugrunde liegenden Adsorptionsgleichgewichte ist von großer Bedeutung, um diese Trennprozesse effizient auslegen zu können. Der vorliegende Antrag beantragt Mittel zur Weiterentwicklung der thermodynamischen Modellierung der dichteabhängigen Adsorption auf Basis einer experimentellen Bestimmung von Adsorptionsgleichgewichten mit kompressiblen überkritischen Lösungen innerhalb einer chromatographischen Säule. Der physikalisch unumgängliche Druckverlust über eine derartige Säule stellt bei der dynamischen Messung von Adsorption aus solchen Fluiden eine große Fehlerquelle dar und bislang fehlen Modelle, um die Adsorption in der Säule theoretisch fundiert beschreiben zu können. Im experimentellen Teil des Projekts werden zunächst die Adsorption binärer Lösungen (CO2 + schwerflüchtiger organischer Stoff) untersucht. Die Adsorption wird dabei unter großem Druckverlust in einer HPLC-Säule gemessen. Durch Einsatz einer kürzeren, ansonsten jedoch identischen Säule, soll die Adsorption des überkritischen Fluids in gleich großen Segmenten mit näherungsweise konstanter Dichte, also kleinem Druckverlust, experimentell bestimmt werden. Anschließend werden verschiedene Möglichkeiten der thermodynamischen Modellierung evaluiert und die Modelle gegebenenfalls erweitert. Ziel ist, aus den Daten der Messung mit großem Druckverlust die Messungen der Segmente möglichst exakt wiedergeben zu können. Zur Modellierung sollen Modelle wie die Zustandsgleichung von Peng und Robinson, SAFT und die Virialgleichung eingesetzt werden. Bewertungskriterien für die Güte der Modellierung sind neben der Wiedergabe der Dichteabhängigkeit der Adsorption, die Menge der benötigten Reinstoff- und Gemischdaten. Ausgehend von der Adsorption binärer Lösungen werden die Experimente und Berechnungen auf die Adsorption ternärer Lösungen (CO2, organischer Modifier, schwerlöslicher organischer Stoff) ausgeweitet. Zusätzlich sollen Adsorptionsgleichgewichte von schwerflüchtigen Stoffen gelöst in n-Hexan an denselben Adsorbentien als Referenzdaten gemessen werden. Optional wird die Modellierung auch auf die Flüssigphasenadsorption angewendet, um die Übertragbarkeit von Wechselwirkungsparametern zwischen Adsorbens und den schwerflüchtigen Stoffen auf die Modellierung der überkritischen Adsorption zu überprüfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen