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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-92749
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2018/9274/


Entwicklung und Charakterisierung langzeitstabiler Gasseparationsmembranen unter Einsatz von ionischen Flüssigkeiten für die CO2/N2 Trennung

Development and characterization of long term stable gas membranes based on ionic liquids for the CO2/N2 separation

Grünauer, Judith

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SWD-Schlagwörter: Membran , Polymerisation , Modul <Membranverfahren> , Gaspermeation , Flüssigmembran , Ionische Flüssigkeit , Stickstoff , Kohlendioxid
Freie Schlagwörter (Englisch): membrane , polymerization , module <membrane processes> , gas permeation , liquid membrane , ionic liquid , nitrogen , carbon dioxide
Basisklassifikation: 35.22
Institut: Chemie
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Abetz, Volker (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 16.02.2018
Erstellungsjahr: 2017
Publikationsdatum: 27.08.2018
Kurzfassung auf Deutsch: Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einsatz von ionischen Flüssigkeiten in Membranen für die Abtrennung von CO2 aus Kohlekraftwerksabgasen untersucht. Hierzu wurden CO2/N2- selektive auf Imidazolium basierende ionische Flüssigkeiten eingesetzt. Ein besonderer Fokus wurde auf die Stabilität der konzipierten Membranen gelegt. Die Kapitel eins bis drei haben einen einführenden Charakter und beschreiben die Grundlagen der Arbeit. In Kapitel vier wird auf die Eigenschaften ionischer Flüssigkeiten und Polymere auf Basis ionischer Flüssigkeiten eingegangen. Darüber hinaus wird ein allgemeiner Überblick über Membrankonzepte und die eingesetzten analytischen Methoden gegeben.
Kapitel fünf beschäftigt sich mit dem Potenzial und den Grenzen des Einsatzes von
polymerisierbaren ionischen Flüssigkeiten zur Stabilitätserhöhung.
Kapitel sechs diskutiert die Kombination von isoporösen Membranen mit ionischen
Flüssigkeiten. Auch hier ist das Ziel eine höhere Stabilität. Im Rahmen dieses Kapitels wurde die Dicke der ionischen Flüssigkeitsschicht als entscheidend für die Leistungsfähigkeit identifiziert. Wichtig ist hierbei eine Minimierung der Dicke.
Kapitel sieben greift die zuvor gewonnenen Kenntnisse auf und transferiert diese, um
mittels einer kommerziellen Membran auf Polyacrylnitrilbasis in Kombination mit ionischen Flüssigkeiten ein Konzept vorzustellen, dass auf die Skalierung in einer Dünnschichtmembran abzielt. Abschließend wird in Kapitel 8 die Herstellung eines in einem Langzeitversuch erfolgreich bewerteter Prototyps vorgestellt.
Kurzfassung auf Englisch: Carbon dioxide emitted from coal fired power plants has become a substantial contributor
to global warming. This work reports the application of imidazolium-based ionic liquids as well as polyionic liquids in membrane concepts for the separation of CO2 in the post-combustion process. The main focus of this work is to provide longtime stable and scalable membranes. These membranes should contribute to the goal of limiting the CO2-emission and participate in the ongoing strife for efficient CO2–storage. The initial chapters one to four provide insights into the basic fundamentals which drive this work.
Firstly the potential of polymeric ionic liquids for stability increase in membranes was
investigated. Two synthetic routes based on radical polymeric reactions were investigated and the chances and limitations of the fabricated material discussed.
In the next section the potential of ionic liquids in combination with isoporous membranes
to form supported liquid membranes was explored. The results show competitive results with isoporous PS-b-P4VP membranes to conventional isoporous membranes. Although the stability criterion is met, there is potential for improvement with regard to the gas permeability identified by reducing the ionic liquid layer.
This issue was addressed in the following chapter using a commercially available
membrane type, polyacrylonitrile water filtration membranes. Here thin film coating methods were successfully implemented to deposit the ionic liquid in a thickness of approximately 150 nanometers and a stable membrane on a lab scale could be manufactured. Based on these findings the coating results were transferred to a larger coating line and as a consequence a prototype was successfully fabricated and tested.

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