Katalyse und Membranen

Es liegen umfangreiche Erfahrungen zu vielfältigen katalytischen Reaktionen wie Steamreforming von Methan, Partialoxidation von Methan zu Synthesegas, Aromatisierung und Dimerisierung von Methan, Bildung von Dimethylether und Dimethylcarbonat, oxidative und nicht-oxidative Dehydrierung, aber auch Andrussow- und Ostwaldreaktion vor.

Die Erfahrungen auf dem Gebiet der Gastrennmembranen liegen insbesondere bei geträgerten Zeolith-, Metal-Organic-Framework (MOF)- und Covalent-Organic-Framework (COF)-Membranen. Auch scale up-freundliche Mixed Matrix-Membranen mit MOF- oder COF-Nanopartikeln als Füllstoff in einer Polymermatrix werden als Gastrennmembran bearbeitet.

Unsere Forschung im Detail

Schaltung einer Gastrennmembran durch externe Stimuli

Aromatisierung von Methan in Membranreaktoren

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Schaltung einer Gastrennmembran durch externe Stimuli

Es wurden zwei Varianten der Schaltung des Gasflusses durch eine MOF-Membran erfolgreich realisiert:

Durch Anlegen eines elektrischen Feldes werden Ionen und Dipole der MOF-Struktur adressiert, es kommt zu einer Gitterdeformation, in deren Folge der Gasfluss durch die Membran gesteuert werden kann.

Durch Beleuchtung der Membranoberfläche mit Licht einstellbarer Wellenlänge können Azo-Gruppen der MOF-Membran gezielt in trans und cis geschaltet werden. Dadurch wird die Porenweite verändert und der Gasfluss modifiziert.

Die Wandlung von Methan in flüssige Energieträger und Chemikalien ist von hoher Relevanz. Einer der verfolgten Wege ist die Methanaromatisierung nach 6 CH₄ → C₆H₆ + 9 H₂ bei T>800°C. Die bislang erreichten Ausbeuten liegen jedoch weit unter 10%. Membranreaktoren können dieses Problem jedoch lösen, indem sie sie unter gleichgewichtskontrollierten Bedingungen den abgespaltenen Wasserstoff

aus dem Reaktionsraum durch eine neu entwickelte Wasserstoff-selektive Keramikmembran abziehen
in situ durch eine stöchiometrische Menge an Sauerstoff verbrennen und dieser Sauerstoff dem Reaktionsraum durch eine neu entwickelte Sauerstoff-selektive Membran aus Luft zugeführt wird.

Im Rahmen einer nationalen und internationalen Verbundforschung unter Federführung der LUH von Universitäten, außeruniversitären Forschungseinrichtungen und der Industrie wurden beide Varianten erfolgreich praktiziert.