Dokument: Syntheseoptimierung und Formgebung von Metall-organischen Gerüstverbindungen für die Anwendung in adsorptionsgetriebenen Kältemaschinen
| Titel: | Syntheseoptimierung und Formgebung von Metall-organischen Gerüstverbindungen für die Anwendung in adsorptionsgetriebenen Kältemaschinen | |||||||
| Weiterer Titel: | Synthesis optimization and shaping of metal-organic frameworks for application in adsorption driven chillers | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=52051 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20200128-132741-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Gökpinar, Serkan [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Janiak, Christoph [Gutachter] Prof. Dr. Ganter, Christian [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Synthesis optimization, shaping, metal-organic framework,adsorption driven chillers | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | In der vorliegenden Arbeit wurde das Ziel der Synthese hydrothermal stabiler, mikroporöser Materialien und deren Komposite für den Einsatz in thermisch getriebenen Kältemaschinen verfolgt.
Im ersten Teil der Arbeit wurden Syntheseoptimierungen bereits bekannter Plattform-MOFs durchführt. Zur Syntheseoptimierung von MOFs wurde sowohl die konventionelle als auch die mikrowellenassistierte Trockengelsynthese (engl.: (Mircrowave-assisted) Dry-Gel Conversion; kurz (MW-)DGC) genutzt. DGC ist eine nützliche und neuartige Methode, um MOFs optimiert zu synthetisieren, da hierbei prinzipiell die nahezu vollständige Lösungsmittelrückgewinnung sowie erhöhte Kristallinität und BET-Oberfläche möglich sind. Bei einer DGC wird eine vermahlene Mischung der festen Edukte auf einem Sieb in einen verschlossenen Autoklav eingebracht und im Dampfraum, anstatt wie üblich in Lösung, umgesetzt. Die Synthese von Zirkonium-basierten MOF-Systemen wie UiO-66, UiO-66-NH2 und UiO-67 wurde in einer konventiellen Trockengelumwandlung durchführt. In einer weiteren Arbeit konnten UiO-66 und das Polymorph MIL-140A in einer mikrowellenassistierten Trockengelumwandlung mit deutlich verringerten Reaktionszeiten erfolgreich umgesetzt werden. In beiden Arbeiten konnte unter anderem die vollständige Wiederverwendung des Lösungsmittels über mehrere Zyklen nachgewiesen werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das Ziel der Formgebung von MOFs für die Anwendung in Kältemaschinen verfolgt. MOFs werden typischerweise nach der Synthese als mikrokristalline Pulver erhalten. Die Formgebung, welche mittels organischer Polymere durchgeführt werden kann, ist für die Anwendung essentiell. Bei der Herstellung von Polymer/MOF Kompositen für sorptionsgetriebenen Kältemaschinen wurde der Fokus auf Polyvinylalkohol (kurz PVA) gesetzt, da sowohl die Hydrophilie als auch die Porenzugänglichkeit des Polymers vielversprechend erschienen. Die Verwendung von PVA als Bindemittel führte reproduzierbar zu hochstabilen, gleichmäßig geformten PVA/MOF-Pellets mit einer MOF-Beladung von 80 wt%. Die Porosität der MOFs nach der Formgebung blieb im Wesentlichen unverändert. Des Weiteren wurden Al-Pellets in einen realen Festbett-Wärmeaustauscher angebracht, bei der die kommerziell verwendeten Kieselgele unter vergleichbaren Betriebsbedingungen übertroffen wurden. Auch der Betrieb bei einer sehr niedrigen Desorptionstemperatur von 60 °C wurde erfolgreich nachgewiesen.The aim of the present work was the synthesis of hydrothermally stable, microporous materials and their composites for use in thermally driven chillers. In the first part of the thesis, synthesis optimizations of already known platform MOFs were carried out. For the synthesis optimization of MOFs both the conventional and the microwave-assisted dry gel conversion (short: (MW-)DGC) was used. DGC is a useful and novel method to synthesize MOFs in an optimized manner. The complete solvent recovery and increased crystallinity and BET surface area are possible advantages of this methode. In a DGC, a milled mixture of the solid reactants is placed on a sieve in a sealed autoclave and reacted in the vapor atmosphere, rather than in solution as usual. The synthesis of Zr-based MOF systems such as UiO-66, UiO-66-NH2, and UiO-67 were performed in a conventional dry gel conversion successfully. In another work, UiO-66 and the polymorph MIL-140A were synthesized in a microwave-assisted dry gel conversion with significantly decreased reaction times. In both works, the possibility of solvent reuse of over several cycles could be proved. In the second part of the work, shaping MOFs for use in chillers was pursued. MOFs are typically obtained as microcrystalline powders after synthesis. Shaping of MOFs is essential for the application, which can be carried out by using organic polymers. In the production of polymer/MOF composites for sorption-driven chillers, the focus was sete on poly(vinylalcohol) (short: PVA), as the hydrophilicity and the pore accessibility of the polymer appeared promising. The use of PVA as a binder reproducibly resulted in highly stable, uniformly shaped PVA/MOF pellets with a MOF-loading of 80 wt%. The porosity of the MOFs after shaping was given. Furthermore, Al-pellets were applied in a "full-scale" fixed-bed heat exchanger, outperforming commercially used silica gels under comparable operating conditions. The possibility of operation at very low desorption temperature of 60 °C was also confirmed. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 28.01.2020 | |||||||
| Dateien geändert am: | 28.01.2020 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 02.10.2019 | |||||||
| Datum der Promotion: | 12.11.2019 |
