Entwicklung von Gas-(Dampf-)Hohlfasermembranen auf Basis eines nachhaltigen Herstellungsverfahrens und einer neuen 3D-Gewebekonstruktionen von Membranmodulen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Gries
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405568247

Die aktuelle Forschung beschäftigt sich mit maßgeschneiderten Membranen für die Filtration und Gastrennung in Spezialanwendungen wie z.B. CO2-Abtrennung. Trotz der aktiven Untersuchung von Hunderten von Polymeren als potentiellem Membranmaterial sind nur wenige Materialien kommerzialisiert. Die Auswahl der Polymere für Membranen hängt nicht nur von den Eigenschaften der Membranen ab, sondern auch von den rheologischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften und der wirtschaftlich vertretbaren Verfügbarkeit des Polymers. PMP nimmt in einer Reihe von Polymeren eine besondere Stellung ein, da es die oben genannten Anforderungen erfüllt. Der traditionelle Herstellungsprozess von asymmetrischen Hohlfasern (HF) auf PMP-Basis erfordert den Einsatz von schädlichen Lösungsmitteln und Fällungsmitteln. Das Projekt thematisiert die Anwendung der Schmelzspinntechnologie für die PMP-Membranproduktion. Darüber hinaus werden Daten zur Gasdurchlässigkeit von PMP Membranen generiert und ausgewertet. In den letzten Jahren hat sich das Interesse an PMP als Membranmaterial verstärkt. Der Einfluss der durchlässigen kristallinen Phase auf die Gastrennungseigenschaften von PMP wird im Rahmen des Grants RFBR No.15-03-03033 systematisch untersucht. Die theoretische und experimentelle Analyse von PMP zielt darauf ab, den Einfluss der kristallinen Phase auf die Gastrennungseigenschaften zu bestimmen.Das Projekt zielt auf die Entwicklung innovativer PMP HF mit dünner selektiver Schicht über ein lösungsmittelfreies Schmelzspinnverfahren ab. Dazu müssen die theoretischen Grundlagen der Transporttheorie von Gasen und Dämpfen in teilkristallinem HF mit unterschiedlicher Orientierung der Kristallite über die Dicke der selektiven Schicht untersucht werden. Die Herstellung der HF erfolgt in einem zweistufigen Verfahren. Zunächst wird ein orientiertes Garn im Schmelzspinnverfahren hergestellt. Der zweite Prozessschritt umfasst das Verstrecken und Rissbildung der HF. Daher ist eine eingehende Untersuchung der Rissbildung im Tauchbad erforderlich. Von besonderem Interesse sind die Auswirkungen der Rissbildung auf die Struktur und Durchlässigkeit der PMP HF. Dies erfordert die Entwicklung von Messverfahren zur Messung der Permeabilität von Gasen (H2, O2, N2, CO2, CH4), niedermolekularen Kohlenwasserstoffen und Dämpfen in den einzelnen HF- und HF-Bündeln, die aus einem teilkristallinen PMP gewonnen werden. Darüber hinaus wird die Untersuchung von endkonturnahen Membranen unter der Verwendung von 3D-Weben durchgeführt. TIPS RAS wird sich auf die Charakterisierung der Membraneigenschaften konzentrieren. Das ITA wird die Faserbildung untersuchen und die 3D-Membranen gestalten. Dazu gehören die verfahrenstechnische Untersuchung des Schmelzspinnprozesses für PMP HF, die technische Untersuchung des Rissbildungsverfahrens. Der 3D-Webprozess wird von ITA untersucht, um die Herstellung von 3D-HF-Membranen zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Vladimir Vasilievich Teplyakov