Dokument: Untersuchung zum Einfluss von Ameisensäure, Essigsäure, Oxalsäure und Salzsäure als Modulatoren in der Synthese auf das Metall-organische Netzwerk MIL-160
| Titel: | Untersuchung zum Einfluss von Ameisensäure, Essigsäure, Oxalsäure und Salzsäure als Modulatoren in der Synthese auf das Metall-organische Netzwerk MIL-160 | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=59256 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20220408-143923-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Steinert, Dominik Moritz [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Christoph Janiak [Gutachter] Prof. Dr. Christian Ganter [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Im ersten Teil dieser Dissertation wurde auf Basis vorhandener wissenschaftlicher Arbeiten der derzeitige Kenntnisstand zu MOFs (metal organic frameworks) im Hinblick auf ihre Anwendung für die Adsorptionswärmetransformation untersucht. Besonderes Augenmerk lag hierbei auf der Eignung von MOFs für den Einsatz in thermisch betriebenen Adsorptionskältemaschinen und Adsorptionswärmepumpen. Der aktuelle Stand der Wissenschaft wurde vor diesem Hintergrund eingehend betrachtet und evaluiert.
Die Adsorptionswärmetransformation (AHT) ist ein umweltfreundliches Energiesparverfahren, das zur Klimatisierung, d.h. entweder zur Kühlung (auch zur Eisbereitung und Kühlung) oder zum Heizen dient. Die AHT basiert auf der zyklischen Adsorption und Desorption eines Arbeitsmediums in einem porösen Material. Wenn das Arbeitsmedium durch das aktivierte leere Sorptionsmaterial zur Verdampfung gebracht wird, wird die benötigte Verdampfungswärme in nutzbare Kälte umgewandelt. Die Antriebswärme regeneriert das leere Sorptionsmittel durch Desorption des Arbeitsmediums. Die Adsorptionswärme im Sorptionsmaterial und die Kondensationswärme des Arbeitsmediums können im Adsorptionswärmepumpenbetrieb genutzt werden. Damit trägt die Adsorptionswärmeumwandlung zu energiesparenden Technologien bei. Die Adsorbentienentwicklung spielt eine entscheidende Rolle für die Verbesserung der AHT-Technologien. Neben Kieselgel und Zeolithen als Adsorptionsmittel, die bisher in den kommerziell erhältlichen AHT-Geräten eingesetzt werden; erhielten insbesondere metall-organische Gerüste (MOFs) mehr und mehr Aufmerksamkeit für diese Anwendung in den letzten Jahren. Kompositmaterialien aus Salzen mit Kieselgelen, Zeolithen und MOFs sowie Aktivkohlen wurden ebenfalls erforscht, um zu den AHT-Technologien beizutragen. Die Reduktion der Installations-/Produktionskosten und Erhöhung der Effizienz von AHT-Geräten ist dabei eine notwendige Voraussetzung, um den breiten Einsatz von AHT zu ermöglichen. Im zweiten Teil dieser Dissertation wurde der Einfluss verschiedener Modulatoren auf das Syntheseergebnis von MIL¬160, einem literaturbekannten MOF, untersucht. Modulatoren werden häufig bei der Synthese von metallorganischen Gerüsten (MOFs) zur Verbesserung der Porosität und Morphologie eingesetzt. Für Aluminium-MOFs wurde bisher selten über Modulationen berichtet, und wie hier am Beispiel des Aluminium-Furandicarboylat-MOFs MIL-160 gezeigt wird, sind die positiven Auswirkungen von Modulatoren gering und nachteilige Auswirkungen wahrscheinlicher. Ameisensäure als Modulator kann die BET-Oberfläche und das Porenvolumen von MIL-160 bis zu einem Modulator:Linker-Verhältnis von 1.25:1 leicht erhöhen. Essigsäure zeigt nur beim kleinsten getesteten Verhältnis von 0.125:1 eine geringe Zunahme der Oberfläche und des Porenvolumens. Die stärkeren Säuren Oxalsäure und Salzsäure mit den ebenfalls stärker aluminiumkoordinierenden Anionen haben keinen positiven Porositätseffekt und vermindern die BET-Oberfläche und das Porenvolumen schon bei kleinen Mengen. Bei einem Modulator:Linker-Verhältnis von 1:1 für Oxalsäure und 0.75:1 für Salzsäure bildet sich nach der Analyse durch Pulverröntgenbeugung und Stickstoffsorption kein poröses MOF mehr. Die thermogravimetrische Analyse und die Rasterelektronenmikroskopie legen nahe, dass keiner der getesteten Modulatoren einen merklichen positiven Einfluss auf die Entstehung von Linkerdefekten oder die Verbesserung der Kristallinität oder Kristallgröße hat.In the first part of this dissertation, the current state of knowledge on MOFs with regard to their application for adsorption heat transformation was investigated on the basis of existing scientific work. Particular attention was paid to the suitability of MOFs for use in thermally driven adsorption chillers and adsorption heat pumps. The current state of science was considered and evaluated in detail against this background. Adsorption heat transformation (AHT) is an environmentally friendly energy-saving process used for air conditioning, i.e., either cooling (including ice making and refrigeration), or heating. AHT is based on the cyclic adsorption and desorption of a working fluid in a porous material. When the working fluid is caused to evaporate by the activated empty sorption material, the required heat of evaporation is converted to useful cold in thermally driven adsorption chillers. The driving heat regenerates the empty sorbent by desorption of the working medium. The adsorption heat in the sorbent and the condensation heat of the working medium can be used in adsorption heat pump operation. Thus, adsorption heat conversion contributes to energy-saving technologies. Adsorbent development plays a crucial role in improving AHT technologies. In addition to silica gel and zeolites as adsorbents, which have been used in the commercially available AHT devices so far; especially metal-organic frameworks (MOFs) received more and more attention in recent years for this application. Composites of salts with silica gels, zeolites and MOFs, and activated carbons have also been explored to contribute to AHT technologies. In this regard, reducing the installation/production cost and increasing the efficiency of AHT devices is a necessary condition to enable the widespread use of AHT. In the second part of this dissertation, the influence of different modulators on the synthesis result of MIL-160, a literature known MOF, was investigated. Modulators are commonly used in the synthesis of metal-organic frameworks (MOFs) to improve porosity and morphology. Modulations have rarely been reported for aluminum MOFs. As shown in this work with the aluminum furandicarboylate MOF MIL-160 as an example, the beneficial effects of modulators are small and adverse effects are more likely. Formic acid as a modulator can slightly increase the BET surface area and pore volume of MIL-160 up to a modulator:linker ratio of 1.25:1. Acetic acid shows some increase in surface area and pore volume only at the smallest ratio tested of 0.125:1. The stronger acids oxalic acid and hydrochloric acid, with the anions also more strongly coordinating with aluminum, have no positive porosity effect and decrease BET surface area and pore volume even at small amounts. At a modulator:linker ratio of 1:1 for oxalic acid and 0.75:1 for hydrochloric acid, porous MOF is no longer formed, according to analysis by powder X-ray diffraction and nitrogen sorption. Thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy suggest that none of the modulators tested have a noticeable positive effect on introducing linker defects or improving crystallinity or crystal size. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Anorganische Chemie und Strukturchemie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 08.04.2022 | |||||||
| Dateien geändert am: | 08.04.2022 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 02.02.2022 | |||||||
| Datum der Promotion: | 28.03.2022 |
