@phdthesis{Kluge2021,
  author    = {Kluge, Steven},
  title     = {Integration anorganischer F{\"u}llstoffe in Polysulfonmembranen und Auswirkungen auf die Gastransporteigenschaften},
  doi       = {10.25932/publishup-53270},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-532700},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {110},
  year      = {2021},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit wird die Herstellung und Charakterisierung von Mixed-Matrix-Membranen (MMM) f{\"u}r die Gastrennung thematisiert. Dazu wurden verschiedene F{\"u}llstoffe genutzt, um in Verbindung mit dem Membranmaterial Polysulfon MMMs herzustellen. Als F{\"u}llstoffe wurden 3 aktive und 2 passive F{\"u}llstoffe verwendet. Die aktiven F{\"u}llstoffe besaßen Poren{\"o}ffnungen, die in der Lage sind Gase in Abh{\"a}ngigkeit der Molek{\"u}lgr{\"o}ße zu trennen. Daraus folgt ein h{\"o}herer idealer Trennfaktor f{\"u}r bestimmte Gaspaare als in Polysulfon selbst. Aufgrund der durch die Poren gebildeten permanenten Kan{\"a}le in den aktiven F{\"u}llstoffen ergibt sich ein schnellerer Gastransport (Permeabilit{\"a}t) als in Polysulfon. Es handelte sich bei den aktiven F{\"u}llstoffen um den Zeolith SAPO-34 und 2 Chargen eines Zeolitic Imidazolate Framework (ZIF) ZIF-8. Die beiden Chargen ZIF-8 unterschieden sich in ihrer spezifischen Oberfl{\"a}che, was diesen Einfluss speziell in die Untersuchungen zum Gastransport einbeziehen sollte. Bei den passiven F{\"u}llstoffen handelte es sich um ein aminofunktionalisiertes Kieselgel und unpor{\"o}se (dichte) Glask{\"u}gelchen. Das Kieselgel besaß Poren, die zu groß waren, um Gase effektiv zu trennen. Die Glask{\"u}gelchen konnten keine Gastrennung erm{\"o}glichen, da sie keine Poren besaßen. Aus der Literatur ist bekannt, dass die Einbettung von F{\"u}llstoffen oft zu Defekten in MMMs f{\"u}hrt. Ein Ziel dieser Arbeit war es daher die Einbettung zu optimieren. Weiterhin sollte der Gastransport in MMMs dieser Arbeit mit dem in einer unbeladenen Polysulfonmembran verglichen werden. Aufgrund des selektiveren Trennverhaltens der aktiven F{\"u}llstoffe im Vergleich zum Membranmaterial, sollte mit der Einbettung aktiver F{\"u}llstoffe die Trennleistung der MMMs mit steigender F{\"u}llstoffbeladung immer weiter verbessert werden. Um die Eigenschaften der MMMs zu untersuchen, wurden diese mittels Rasterelektronenmikroskop (REM), Gaspermeationsmessungen (GP) und Thermogravimetrischer Analyse gekoppelt mit Massenspektrometrie (TGA-MS) charakterisiert. Untersuchungen am REM konnten eine Verbesserung der Einbettung zeigen, wenn ein polymerer Haftvermittler verwendet wurde. Verglichen wurde die optimierte Einbettung mit der Einbettung ohne Haftvermittler und Ergebnissen aus der Literatur, in der die Verwendung verschiedener Silane als Haftvermittler beschrieben wurde. Trotz der verbesserten Einbettung konnte lediglich bei geringen Beladungen an F{\"u}llstoff (10 und 20 Ma-\% bezogen auf das Membranmaterial) eine geringe Steigerung des idealen Trennfaktors in den MMMs gegen{\"u}ber der unbeladenen Polysulfonmembranen beobachtet werden. Bei h{\"o}heren F{\"u}llstoffbeladungen (30, 40 und 50 Ma-\%) war ein deutlicher Anstieg der Permeabilit{\"a}t bei stark sinkendem idealen Trennfaktor zu beobachten. Mit Hilfe von TGA-MS Messungen konnte dar{\"u}ber hinaus festgestellt werden, dass der verwendete Zeolith SAPO-34 durch Wassermolek{\"u}le blockierte Poren{\"o}ffnungen besaß. Das verhinderte den Gastransport im F{\"u}llstoff, wodurch die Trennleistung des F{\"u}llstoffes nicht ausgenutzt werden konnte. Die F{\"u}llstoffe ZIF-8 (chargenunabh{\"a}ngig) und aminofunktionalisiertes Kieselgel wiesen keine blockierten Poren auf. Dennoch zeigte sich in diesen MMMs keine Verbesserung der Gastrenn- oder Gastransporteigenschaften. MMMs mit dichten Glask{\"u}gelchen als F{\"u}llstoff zeigten dasselbe Gastrenn- und Gastransportverhalten, wie alle MMMs mit den zuvor genannten F{\"u}llstoffen. In dieser Arbeit konnte, trotz optimierter Einbettung anorganischer F{\"u}llstoffe, f{\"u}r MMMs keine Verbesserung der Gastrenn- oder Gastransporteigenschaften nachgewiesen werden. Vielmehr wurde ein Einfluss der F{\"u}llstoffmenge auf die Gastransporteigenschaften in MMMs festgestellt. Die {\"A}nderungen der MMMs gegen{\"u}ber Polysulfon stammen von den Folgen der Einbettung von F{\"u}llstoffen in das Matrixpolymer. Durch die Einbettung werden die Eigenschaften des Matrixpolymers {\"a}ndern, sodass auch der Gastransport beeinflusst wird. Des Weiteren wurde dokumentiert, dass in Abh{\"a}ngigkeit der F{\"u}llstoffbeladung die entstehende Membranstruktur beeinflusst wird. Die Beeinflussung war dabei unabh{\"a}ngig von der F{\"u}llstoffart. Es wurde eine Korrelation zwischen F{\"u}llstoffmenge und ver{\"a}nderter Membranstruktur gefunden.},
  language  = {de}
}