title: Charakterisierung der auf Kieselgel geträgerten ionischen Flüssigkeit [EMIM][MeSO3] zum Einsatz in der Gastrocknung
Creators: name: Radakovitsch, Florian
Publisher: name: University of Bayreuth
Year: 2021
Subjects: subject: Gastrocknung
subject: [EMIM][MeSO3]
subject: Kieselgel
subject: geträgerte ionische Flüssigkeiten (SILP)
subject: Strukturelle Eigenschaften
subject: Wasserdampfsorption
subject: Kinetik
subject: Festbett
subject: Modellierung
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description: Ein Schlüsselfaktor für sowohl nachhaltige als auch wirtschaftliche verfahrenstechnische Prozesse sind effiziente Trennverfahren, für die zunehmend ionische Flüssigkeiten (ILs) als Lösungsmittel in den Fokus rücken. Zahlreiche ILs besitzen einen hygroskopischen Charakter, sodass sich diese für die Abtrennung von Wasser in der Gastrocknung eignen. Die Immobilisierung von ILs auf porösen Trägermaterialien führt zu sogenannten SILP-Systemen (Supported Ionic Liquid Phases) bzw. geträgerten ILs, die im Vergleich zu den reinen ILs weitere vorteilhafte Eigenschaften für eine effiziente Stofftrennung aufweisen. Der Einsatz von SILPs in der Trenntechnik stellt eine verhältnismäßig neue Methode dar und in der Literatur liegt bisher nur eine sehr begrenzte Anzahl an Untersuchungen dieser Systeme vor. In dieser Arbeit wird die Anwendung des SILP-Systems aus der auf Kieselgel geträgerten IL [EMIM][MeSO3] für die Gastrocknung beschrieben. Das vorliegende SILP-System wurde hinsichtlich seiner physikalischen und strukturellen Eigenschaften sowie der Thermodynamik und Kinetik der Wasserdampfsorption charakterisiert, um das Verhalten und das Potenzial dieses Systems in einem Trocknungsprozess zu analysieren und um erste Gestaltungsprinzipien für einen Einsatz im Festbettverfahren bereitzustellen. Für die Untersuchungen wurden drei mesoporöse Kieselgele unterschiedlicher Struktur mit einer Reihe an IL-Massenbeladungen beschichtet. Die Eigenschaften und das Verhalten der SILPs kann weitgehend mit den ermittelten Reinstoffdaten der Ausgangsstoffe (IL + Träger) beschrieben werden. Die Immobilisierung der IL führt zunächst zur Bildung einer Monolage auf dem Trägermaterial, bevor für höhere IL-Beladungen sukzessive die kleinsten Poren vollständig gefüllt werden. Der für Gasphase zugängliche Hohlraumanteil der SILP-Partikel kann über die Füllung der Trägerporen mit der ionischen Flüssigkeit im Bulk-Zustand bestimmt werden. Das Sorptionsvermögen der SILPs wird bei vollständiger Bedeckung der Oberfläche zunächst ausschließlich durch die (sehr hohe) Sorptionskapazität der IL bestimmt, bevor sich das Porensystem durch Kapillarkondensation füllt und sich das entstehende IL/H2O-Gemisch dann in das Zwischenpartikelvolumen ausdehnt. Die Kinetik der Wasserdampfsorption der SILPs wurde an einem Einzelpartikel und in Festbett-Versuchen analysiert und modelliert. Sowohl die Vorfüllung der Poren mit IL als auch das expandierende IL/H2O-Gemisch während des Sorptionsprozesses führt zu einer zunehmenden Hemmung des intrapartikulären Stofftransports mit steigendem Porenfüllgrad an flüssiger Phase (IL + H2O). Mit einem ausgewählten SILP-Material wurde durch Variation der Prozessparameter ein umfassender Einblick in die kinetischen Charakteristika und die gute Regenerierfähigkeit von SILPs erzielt. Abschließend wurde mit den erzielten Ergebnissen eine Festbettkolonne zur Gastrocknung im technischen Maßstab simuliert und die Eignung sowie der hohe Mehrwert des Einsatzes von [EMIM][MeSO3] geträgert auf Kieselgel demonstriert.