Gasfiltration durch maßgeschneiderte Molekularfilter aus Carbon Nanomembranes (CNMs) und Graphen

Graphen und Kohlenstoff-Nanomembranen (CNMs) werden als molekulare Gastrennungsmembranen getestet. Wir erwarten, dass der "ballistische" Transport von Molekülen durch diese extrem dünnen (<1 nm) Filter wesentlich Energie-effizienter ist als der "Lösungs-Diffusions-" Transport in konventionellen Polymermembranen. 0,5-3 nm dünne CNMs und funktionalisiertes Graphen werden aus speziell synthetisierten Vorläufermolekülen mit Poren zwischen -10 ~ 0,2 nm hergestellt, mit denen die Durchlässigkeit der Gasmoleküle gesteuert werden kann. Die Permeationseigenschaften von Gasmolekülen durch CNMs wird ermittelt und als Grundlage für industriell relevante Trennaufgaben genutzt, unter anderem O2/N2, CO2-Abscheidung, H2-Trennung, N2/CH4. Wir planen, die Skalierbarkeit des Prozesses durch die Herstellung großer Membranen zu demonstrieren und testen sie mit unseren assoziierten Partnern unter industriellen Bedingungen. MOLFIL-CNM hat Auswirkungen auf die industrielle Gastrennung durch signifikante Energieeinsparung. Zur Durchführung von Permeationsmessungen müssen die CNMs auf geeignete Träger aufgebracht werden. Die entstehenden Hybridmembranen müssen folgende Anforderungen erfüllen: (i) mechanische Stabilität, (ii) Permeationseigenschaften, die durch ballistischen Transport in der CNM bestimmt werden, und (iii) Skalierbarkeit auf große Flächen. Die Herstellung und Skalierung der Hybridmembranen geschieht durch die CNM Technologies und die Gruppen Gölzhäuser, Müllen und Abetz. Diese werden dabei durch die Gruppe Wirtz (Centre Gabriel Lippmann, CGL) unterstützt. Am CGL steht Spezialanalytik (Tof-SIMS, Raman-AFM) zur Verfügung, die eine genaue Untersuchung der laminierten Hybridmembra nen aus molekularen (CNM) und atomaren (Graphen) Schichten sowie den Trägerschichten ermöglicht.