ISBN 9783843908795

978-3-8439-0879-5, Reihe Thermodynamik

Lisa Hesse
Thermodynamische Charakterisierung von Polymermaterialien für die organophile Nanofiltration (Band 6)

189 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeit wurden die als Membranmaterialien eingesetzten glasartigen Polyimide Matrimid und P84 erstmalig über gravimetrische Löslichkeits- und Sorptionsmessungen detailliert thermodynamisch charakterisiert, um die Vorhersagbarkeit der Trenneffizienz der daraus hergestellten dichten organophilen Nanofiltrationsmembranen (oNF-Membran) zu ermöglichen. Um zukünftig reale Trennaufgaben betrachten zu können, wurden exemplarisch fünf organische Lösungsmittel (‚volatile organic compounds‘, VOC) Ethanol, Ethylacetat, n-Hexan, 2-Propanol und Toluol sowie das Pharmazeutikum Paracetamol ausgewählt.

Darüber hinaus wurden die Löslichkeit und die Sorption bei unterschiedlichen Temperaturen modelliert, um eine quantitative Vorhersage des Löslichkeits- und Diffusionsverhaltens der VOCs in den Membranmaterialien bei unterschiedlichen Prozessbedingungen zu ermöglichen. Mit Hilfe des ‚Perturbed Chain Statistical Associating Fluid Theory‘ (PC-SAFT) - Modells ließen sich, neben der Löslichkeit auch thermodynamische Eigenschaften wie chemische Potentiale berechnen. Zur Bestimmung von Diffusionskoeffizienten wurde die Sorption über ein in dieser Arbeit verbessertes Maxwell-Stefan (MS) Diffusionsmodell modelliert. Bei beiden Modellen war eine Berücksichtigung der komplexen mechanischen Eigenschaften der glasartigen Polyimide erforderlich, da diese die VOC-Aufnahme wesentlich beeinflussen.

Basierend auf diesen Informationen wurde ein prädiktives MS-Flussmodell entwickelt, das eine quantitative Berechnung der Stoffflüsse von VOCs durch eine oNF-Membran ohne Flussmessungen erlaubt. Darüber hinaus konnte mit diesem Modell und nur wenigen Flussmessungen der Rückhalt von Paracetamol für unterschiedliche Prozessbedingungen berechnet werden. Über diese stark vereinfachte Vorhersagbarkeit der Flüsse und Rückhalte kann dieser energieeffiziente und produktschonende Aufreinigungsschritt als Alternative für traditionelle energieaufwendige Verfahren für die großtechnische Industrie zugänglich gemacht werden und könnte in Zukunft sogar eine Herstellung maßgeschneiderter Membranen erlauben.