Molekulare Simulationen zur Aufklärung der Diskrepanzen zwischen mikroskopischen und makroskopischen Messungen der Diffusionskoeffizienten in porösen Medien

• Antragsteller: Professor Dr. Frerich Keil
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 159300936

Seit vielen Jahren besteht das Problem, dass Diffusionskoeffizienten, die aus verschiedenenMessmethoden (z. B. PFG-NMR, Adsorptionsexperimente) bestimmt worden sind, teilweisedrastisch (bis zu vier Größenordnungen) voneinander abweichen. Über die Ursachen dieserDiskrepanzen gibt es seit langem mehrere begründbare Vermutungen, aber noch keineeindeutigen Nachweise auf molekularer Ebene. Zusätzliche Transportwiderstände an derKristalloberfläche, Nichtidealitäten der Kristallstruktur, Temperatureffekte, aber auchAdsorptionshysterese sind mögliche Gründe. Mit Hilfe von molekularen Simulationen, wieMonte-Carlo- und Molekulardynamiksimulationen, wird in diesem Projekt deshalb nach denUrsachen auf molekularer Ebene gesucht. Innerhalb der ersten Förderperiode wurden Eintritts-/Austrittseffekte von kleinen Alkanen in eindimensionalen Zeolithporen imthermodynamischen Gleichgewicht auf Grundlage von molekularen Simulationen untersucht.Die Ergebnisse wurden zur Veröffentlichung eingereicht. Außerdem wurde begonnen, an derAdsorptionshysterese in Kohlenstoffnanoröhrchen zu arbeiten. In den kommenden zweieinhalbJahren werden die Simulationen von Eintrittsbarrieren auf Nichtgleichgewichtsfälleausgeweitet und mit den Ergebnissen aus Gleichgewichtssimulationen verglichen, wobei auchdie chemische Zusammensetzung der Oberfläche als Einflussfaktor untersucht wird.Letztendlich sollen Adsorptionsexperimente simuliert werden. Die Auswirkung von lokalenTemperaturspitzen auf den Diffusionskoeffizienten wird ebenso ermittelt werden wie derEinfluss der Nanoporenstruktur auf den Diffusionsmechanismus im Kristall.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Beteiligte Person: Professor Berend Smit