Herstellung und Charakterisierung von hydrophoben Beschichtungen für Metallmembranen zur Gas/Flüssig-Phasentrennung in einem mikrostrukturierten Bauteil

  • Stellenausschreibung:
  • Stellenart:

    Bachelor-/Masterarbeit

  • Institut:

    IMVT

  • Bewerbungsfrist:

    nach Absprache

  • Kontaktperson:

    Claramunt, Sara

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    Hintergrund und Motivation

    Die Reaktion zur Herstellung von einigen Zuckerderivaten ist eine reversible Reaktion, die mit hoher Ausbeute und Selektivität in Mikroreaktoren bei hohen Temperaturen durchgeführt werden kann. Durch die Entfernung von Wasser aus dem Reaktionsgemisch kann das Gleichgewicht der Reaktion in Richtung höherer Umsätze verschoben werden. Bisherige Untersuchungen zeigten, dass die Reaktion mit einem zweistufigen Mikroreaktorprozess durchgeführt werden kann, der dazwischen eine Grundoperation zur Wasserabscheidung beinhaltet.

    Im Rahmen eines Technologietransferprojektes in Zusammenarbeit mit einem internationalen Industriepartner wird die Entwicklung einer neuartigen Membrantechnologie zur kontinuierlichen Entfernung von Wasser während die Reaktion stattfindet. Der Einsatz der Membranreaktortechnologie kann es ermöglichen, beide Grundoperationen (chemische Reaktion und Membranfiltration) in einem Bauteil zu kombinieren und somit den Prozess in einem Schritt durchzuführen. Dies wird weiteres Equipment reduzieren und die Energieeffizienz des Prozesses erhöhen.  
     

    PMM Medium Pall Corporation vor dem Beschichten                    PE-CVD Anlage am IMVT

     

    Die Membran im Membranreaktor sollte unter den gegebenen Reaktionsbedingungen thermisch, mechanisch und chemisch beständig sein. Daher sind neue Materialien und Technologien für die Trennung von Wasser unter den gewünschten Reaktionsbedingungen erforderlich.

    Das Wasser sollte durch die Poren im gasförmigen Zustand getrennt werden. Aufgrund der erforderlichen hohen Temperatuen sind poröse metallische Membranen notwendig. Die wesentlichen Herausforderungen sind zum einen die hohe Oberflächenenergie metallischer Membranen (hydrophiles Verhalten) und zum anderen die Oberflächenspannung der Reaktionsflüssigkeit und deren Temperatur- und Druckabhängigkeit. Dies führt zur Benetzung der Poren auch bei geringen Druckdifferenzen zwischen Feed- und Permeatseite der Membran. Durch spezielle hydrophobe Beschichtungen kann das Eindringen von Flüssigkeiten verhindert werden. 


    Thema und Aufgaben der Abschlussarbeit
    Um eine Membran unter den Reaktionsbedingungen (hohe Temperaturen) einsetzen zu können, werden neue Membranmaterialien benötigt, die hydrophobiert sind. Am IMVT steht der Plasma Enhanced -Chemical Vapour Deposition (PE-CVD) Prozess für die Beschichtungsversuche zur Hydrophobierung von metallischen Oberflächen zur Verfügung. 

    Ziel dieser Arbeit ist es, hydrophobe Beschichtungen für metallische Membranen herzustellen und zu charakterisieren.


    Aufgaben der Arbeit sind:

    • Ermittlung und Bewertung geeigneter Beschichtungsmaterialien und -verfahren auf Basis einer Literaturstudie
    • Herstellung von Beschichtungen mit einem PVD/CVD-Beschichtungssystem.
    • Charakterisierung der Beschichtungen: Analyse der Beschichtung an der Innenfläche der Poren durch REM, Bestimmung des Kontaktwinkels und der Schichtdicke der Beschichtung.  

     
    Rahmenbedingungen

    • Studenten der Fachrichtung Chemieingenieurwesen / Verfahrenstechnik / Chemie
    • Die Ergebnisse der Arbeit werden innerhalb eines Institutsseminars vorgetragen.
    • Die Arbeit kann in Englisch oder Deutsch verfasst werden.
    • Eintrittstermin: nach Absprache

     
    Aufgabensteller: Prof. Dr.-Ing. Roland Dittmeyer

    Betreuerin: Sara Claramunt

    Kontakt: sara.claramunt@kit.edu Tel: 0721/608-24052