Gravimetrisches dynamisches Dampfsorptionsgerät mit Massenspektrometrie-Kopplung

• Fachliche Zuordnung: Verfahrenstechnik, Technische Chemie
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507292299

Die Beschaffung eines gravimetrischen, dynamischen Dampfsorptionsgerätes mit Massenspektrometrie-Kopplung (DVS-MS) ermöglicht es, ein Masseänderungssignal in Kombination mit quantitativen Informationen bezüglich der Dampf-Gas-Zusammensetzung zu erfassen. Die Möglichkeit dabei bei Temperaturen bis zu 300 °C sowie mit Wasserdampf, organischen Dämpfen, weiteren Gasen und variablen Dampf-Gas-Gemischen arbeiten zu können, ist vor allem für folgende Untersuchungen notwendig: Untersuchen von Co-Adsorptionsvorgängen; Studien zum Verhalten von Elektrodenmaterialien bei erhöhter Temperatur und hoher relativer Feuchte (85 °C; 85 % RH), Einblicke in katalytische und nicht-katalytische Prozesse bei denen organische Dämpfe zum Einsatz kommen sowie Untersuchungen zum Ableiten von Materialeigenschaften. Während an der TU Darmstadt mehrere Fachgebiete thermische Analysengeräte teils auch mit Massenspektrometrie-Kopplung betreiben, fehlt bisher ein Aufbau, der das parallele Arbeiten mit Wasserdampf und organischen Dämpfen abdecken kann und der insbesondere die Anforderungen hinsichtlich der Vermeidung von Kondensation bei hohen relativen Feuchten sowie die langzeitstabile quantitative Messung der Dampf-Gas-Zusammensetzung erfüllt. Als zentrale Anforderung ist in diesem Zusammenhang der Betrieb unter technisch relevanten Betriebsbedingungen herauszustellen. Nur so können applikationsnah genauere Einblicke in das Verhalten der Probe erhalten werden und so wichtige Struktur-Wirkungs-Beziehungen abgeleitet werden. Zum Beispiel können Membranelektrodeneinheiten (MEAs) von PEM-Brennstoffzellen hinsichtlich des Wassermanagements unter realitätsnahen Betriebsbedingungen untersucht werden. Ähnlich ist dies bei katalytisch aktiven Materialien deren Aktivitäts- und Selektivitätsmuster durch Wasser als Co-Feed beeinflusst werden kann. Aufgrund der geplanten Applikationsszenarien des Messaufbaus (DVS-MS) ist eine flexible Dosierung von Dampf-Gas-Gemischen notwendig. Ferner wird eine möglichst probennahe Messung der Dampf-Gas-Zusammensetzung mit dem online Massenspektrometer angestrebt, um die Gefahr von potenziellen Messartefakten aufgrund von Kondensationsphänomenen zu minimieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Gravimetrisches dynamisches Dampfsorptionsgerät mit Massenspektrometrie-Kopplung
• Gerätegruppe: 1140 Adsorptionsanlagen, Wäscher, Trockner
• Antragstellende Institution: Technische Universität Darmstadt
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Bastian Etzold