Projektschwerpunkte

Trennung

Homogene Mixed-Matrix-Membranen: Matrimid-Membranen gefüllt mit jeweils 20 Gew.% MIL-101. MIL-101 wurde mit Diethylentriam (DETA) und/oder verschiedenen Metallionen modifiziert.
© Foto Fraunhofer IGB Stuttgart

Homogene Mixed-Matrix-Membranen: Matrimid-Membranen gefüllt mit jeweils 20 Gew.% MIL-101. MIL-101 wurde mit Diethylentriam (DETA) und/oder verschiedenen Metallionen modifiziert.

REM-Aufnahme einer Matrimid-Membranen gefüllt mit 20 Gew.% MIL-101 zeigt homogene Verteilung der MOF-Partikel in der polymeren Matrix.
© Foto Fraunhofer IGB Stuttgart

REM-Aufnahme einer Matrimid-Membranen gefüllt mit 20 Gew.% MIL-101 zeigt homogene Verteilung der MOF-Partikel in der polymeren Matrix.

Rel. Permeabilität und Selektivität als Funktion des MOF-Gehaltes. Polymere Matrix ist Matrimid.
© Foto Fraunhofer IGB Stuttgart

Rel. Permeabilität und Selektivität als Funktion des MOF-Gehaltes. Polymere Matrix ist Matrimid.

Hier liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung von MOF-basierten Membranen die bzgl. ihrer Trennleistung (Permeabilität, Selektivität) signifikant oberhalb der zur Bewertung der Performance eingesetzten Robeson-Grenze liegen. Eine wesentliche Vorraussetzung für die Entwicklung leistungsfähiger Membranen ist der Einsatz gut dispergierter, nanopartikulärer MOF-Kristalle. Dies ist einerseits die Grundlage für homogene Mixed-Matrix-Membranen und andererseits wichtig als Ausgangspunkt für ein epitaktisches Aufwachsen dichter, dünner MOF-Schichten auf porösen Trägerstrukturen.

In einem ersten Schritt wurde eine Materialscreening sowohl im Hinblick auf geeignete Polymermatrices, als auch auf verschiedene MOFs durchgeführt. Mit den vielversprechendsten Ansätzen (Polymere: Matrimid, Silikon-Block-Copolymer; MOF: ZIF-8, MIL-101) wurden Membranen mit unterschiedlichen MOF-Gehalten und z.t. auch mit funktionalisierten MOFs entwickelt und auf ihre Trenneigenschaften für verschiedene Gase (CO2, H2, CH4, N2, etc.) untersucht. Die bisher besten Trenneigenschaften zeigten ZIF-8-Matrimid Membranen. Dort ist eine Verdoppelung der CO2-Permeabilität möglich, wobei gleichzeitig die CO2/N2-Selektivität um 20 % gesteigert werden konnte.