Schnelles Screening von Trennmembranen
Die Entfernung von CO2 aus Gasgemischen, wie Biogas, um die Reinheit des Methans zu erhöhen, hat zahlreiche Vorteile. Sie erhöht den Energiegehalt von Erdgas und reduziert ihre Kosten. Sie reduziert auch die Emissionen, die zur globalen Klimaänderung beitragen und verhindert eine CO2-Verflüssigung in den Rohrleitungen während des Transports. Mit einer EU-Unterstützung haben Wissenschaftler am COMMOF-Projekt (Composite membranes with metal organic frameworks for high efficiency gas separations) neuartige hoch CO2-selektive Verbundmembranen für die Reinigung von Erdgas. Die Membranen bestehen aus Polymeren, in denen selektive Metall-organische Gerüste (MOF) eingebettet sind. Diese 3D-porösen käfigartigen Verbindungen können aus praktisch unbegrenzten Bestandteilen von Metallen und organischen Molekülen gebildet werden. Sie gewinnen schnell an Boden für Anwendungen in der Gasadsorption und Trennung. Aufbauend auf anderen Arbeiten, die das Potenzial von MOF zur Verbesserung der Leistung von polymeren Trennmembranen nachweisen, entwickelte das Team detaillierte Modelle und Rechenalgorithmen von MOF, Membranen und dem Trennverfahren. Sie wurden verwendet, um die Vielzahl von möglichen Kombinationen schnell zu screenen. Das erste Screening der MOF-Datenbank und die Modellierung von reinen MOF und MOF-Polymer-Verbundstoffen zeigten, dass beide Systeme sich für die CO2-Abscheidung hervorragend eignen. Selbst reine MOF schneiden deutlich besser ab als traditionelle CO2-Trennmembranen. Nach einem Vergleich verschiedener theoretischer Permeationsmodelle verwendeten die Wissenschaftler das beste Vorhersagemodell, um die Leistung von 80 neuen MOF / Polymer-Verbundmembranen die aus 10 verschiedenen MOF und 8 verschiedenen Polymeren zusammengesetzt sind, zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten, dass MOF- Füllstoffteilchen in Polymeren die Durchlässigkeit der reinen Polymere zu erheblich verbessern konnten. Die Forscher zeigten auch, dass die Einführung elektrostatischer Wechselwirkungen zwischen dem Adsorbat und den MOF im Fall der reinen MOF Membranen entscheidend war. Die wurde für Verbundwerkstoffe wichtig, da ihr Volumenprozentsatz an MOF anstieg. COMMOF produzierte ein sehr leistungsfähiges Werkzeug für MOF / Polymer-Modellierung und das schnelle Screening von CO2-selektiven Verbundmembranen. Durch seine Anwendung ermöglichte es die Identifizierung von neuen Verbundwerkstoffen aus Tausenden von Kandidaten. Die Ergebnisse haben zu sieben Publikationen in referierten Fachzeitschriften geführt und mehr werden derzeit überprüft. Außerdem bildete das Projekt eine neue Generation von hochqualifizierten Forschern in kritischer Überschneidung von MOF, Membranen und CO2-Abscheidung aus.
Schlüsselbegriffe
Trennmembranen, Verbundmembranen, CO2, metallorganische Gerüstmaterial, Gastrennungen
