Untersuchungen zu Permeations- und Trenneigenschaften keramischer Membranen bei der Rückgewinnung von Kohlendioxid aus Hochdruckextrakten
Seiten
2011
|
1., Aufl.
Shaker (Verlag)
978-3-8440-0512-7 (ISBN)
Shaker (Verlag)
978-3-8440-0512-7 (ISBN)
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Im Rahmen dieser Arbeit wurde der mögliche Einsatz mikroporöser keramischer Membranen für die Trennung von Hochdruckextrakten, bestehend aus dem überkritischen Fluid (CO2) und einer darin gelösten schwerflüchtigen organischen Substanz, mit dem Zweck der Reduktion des Energiebedarfs für den Lösungsmittelkreislauf untersucht. Drei verschiedenartige mehrschichtige Membran- Labormuster wurden dafür vom Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme (Institutsteil Hermsdorf) zur Verfügung gestellt: ZrO2 (dp=3 nm), TiO2 (dp=0,9 nm), Kohlenstoff (dp=0,45 nm).
Im ersten Schritt wurde eine Auswahl geeigneter Membranen in Hinsicht auf den maximal erreichbaren Permeatfluss sowie auf die Stabilität bei Hochdruckbedingungen getroffen. Dafür wurden Permeations- und Trennexperimente mit mehreren reinen Gasen und Gasgemischen in einem breiten Temperatur- und Druckbereich sowie anschließend eine Analyse der stattfindenden Stofftransportmechanismen durchgeführt. Der Vergleich der getesteten Membranen zeigte deutlich, dass eine Verringerung des Porendurchmessers eine Änderung des Stofftransportmechanismus durch die adsorptiven Effekte nach sich zieht. Dies hat eine massive Senkung des Permeatflusses zur Folge, sodass die Verwendung solcher Membranen (im untersuchten Fall der Kohlenstoffmembran) für die angestrebte Aufgabe sowohl technisch als auch wirtschaftlich nicht sinnvoll erscheint. Aus den drei mit Gasen und Gasgemischen getesteten Membranen hat sich primär die TiO2- Membran für die Trennung der Hochdruckextrakte nach Betrachtung der Leistungsfähigkeit (maximal erreichbarer Permeatfluss bei relativ geringer Porengröße) als optimal herausgestellt. Als Referenz zur TiO2-Membran wurde zusätzlich die ZrO2-Membran weiter verfolgt.
Im Anschluss an Gasexperimente erfolgten Permeations- und Trennexperimente an der Hochdruckextraktionsanlage. Es wurden drei Zusatzkomponenten (Wasser, Ethanol, Hexan) und mehrere schwerflüchtige Substanzen (Vitamin E, PEG 600, Trimyristin und eine Triglyceridmischung) getestet. Die erworbenen Erkenntnisse tragen zum allgemeinen Verständnis der in einer keramischen Membran stattfindenden Phänomene bei, die in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden können: 1) spezifische Wechselwirkungen (hydrophil/hydrophob) zwischen dem Membranmaterial und den permeierenden Substanzen, die gegebenenfalls zur Verblockung der Membran führen; 2) Substanzgröße (Raumbeanspruchung der Moleküle), aufgrund der eine Trennung stattfindet. Unter Verwendung der TiO2- Membran konnte eine Anreicherung der mittelkettigen Triglyceride im Permeat erreicht werden, wobei ein Modellgemisch, bestehend aus mittelkettigen (Tricaprin und Trilaurin) und langkettigen (Trimyristin und Tripalmitin) Triglyceride, eingesetzt wurde. Somit wird die Trenngrenze dieser Membran (MWCO) mit ca. 800 Dalton abgeschätzt. Ein akzeptabler Permeatfluss von 0,4 mols -1 m -2 konnte während der Versuche gemessen werden.
Im ersten Schritt wurde eine Auswahl geeigneter Membranen in Hinsicht auf den maximal erreichbaren Permeatfluss sowie auf die Stabilität bei Hochdruckbedingungen getroffen. Dafür wurden Permeations- und Trennexperimente mit mehreren reinen Gasen und Gasgemischen in einem breiten Temperatur- und Druckbereich sowie anschließend eine Analyse der stattfindenden Stofftransportmechanismen durchgeführt. Der Vergleich der getesteten Membranen zeigte deutlich, dass eine Verringerung des Porendurchmessers eine Änderung des Stofftransportmechanismus durch die adsorptiven Effekte nach sich zieht. Dies hat eine massive Senkung des Permeatflusses zur Folge, sodass die Verwendung solcher Membranen (im untersuchten Fall der Kohlenstoffmembran) für die angestrebte Aufgabe sowohl technisch als auch wirtschaftlich nicht sinnvoll erscheint. Aus den drei mit Gasen und Gasgemischen getesteten Membranen hat sich primär die TiO2- Membran für die Trennung der Hochdruckextrakte nach Betrachtung der Leistungsfähigkeit (maximal erreichbarer Permeatfluss bei relativ geringer Porengröße) als optimal herausgestellt. Als Referenz zur TiO2-Membran wurde zusätzlich die ZrO2-Membran weiter verfolgt.
Im Anschluss an Gasexperimente erfolgten Permeations- und Trennexperimente an der Hochdruckextraktionsanlage. Es wurden drei Zusatzkomponenten (Wasser, Ethanol, Hexan) und mehrere schwerflüchtige Substanzen (Vitamin E, PEG 600, Trimyristin und eine Triglyceridmischung) getestet. Die erworbenen Erkenntnisse tragen zum allgemeinen Verständnis der in einer keramischen Membran stattfindenden Phänomene bei, die in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden können: 1) spezifische Wechselwirkungen (hydrophil/hydrophob) zwischen dem Membranmaterial und den permeierenden Substanzen, die gegebenenfalls zur Verblockung der Membran führen; 2) Substanzgröße (Raumbeanspruchung der Moleküle), aufgrund der eine Trennung stattfindet. Unter Verwendung der TiO2- Membran konnte eine Anreicherung der mittelkettigen Triglyceride im Permeat erreicht werden, wobei ein Modellgemisch, bestehend aus mittelkettigen (Tricaprin und Trilaurin) und langkettigen (Trimyristin und Tripalmitin) Triglyceride, eingesetzt wurde. Somit wird die Trenngrenze dieser Membran (MWCO) mit ca. 800 Dalton abgeschätzt. Ein akzeptabler Permeatfluss von 0,4 mols -1 m -2 konnte während der Versuche gemessen werden.
| Reihe/Serie | Berichte aus der Verfahrenstechnik |
|---|---|
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Gewicht | 270 g |
| Einbandart | Paperback |
| Themenwelt | Naturwissenschaften ► Chemie ► Technische Chemie |
| Technik | |
| Schlagworte | Gastrennung • Lösemittel Rückgewinnung • Membranen • Membrantrennung • Überkritische Fluide |
| ISBN-10 | 3-8440-0512-9 / 3844005129 |
| ISBN-13 | 978-3-8440-0512-7 / 9783844005127 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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