6.05.031 Molekulare Simulationen zur Aufklärung der Diskrepanzen zwischen mikroskopischen und makroskopischen Messungen der Diffusionskoeffizienten in porösen Medien

Projektleitung: Prof. Dr. F. Keil
Projektbearbeitung: MSc Nils Zimmermann
Laufzeit: 3 Jahre
Finanzierung: DFG
Publikationen: 132, 149, 161
Wiss. Kontakte und Kooperationen: TU Delft

Seit Jahrzehnten ist bekannt, dass mikroskopische (PFG-NMR, QUENS, MRI, Interferenz-Spektroskopie, IR) und makroskopische (FR, ZLC, Gravimetrie, SCM etc.) Messungen der Diffusionskoeffizienten von Gasen in Zeolithen und anderen nanoporösen Medien teilweise um Größenordnungen verschiedene Ergebnisse liefern, und zwar ergeben mikroskopische Messungen eine schnellere Diffusion. Die Ursachen hierfür sind noch nicht endgültig geklärt. Vermutungen gehen in Richtung äußerer Diffusionsbarrieren, Unterschieden zwischen den Proben, Nichtidealitäten in der Kristallstruktur, gehemmte Abfuhr der Adsorptionswärme, wodurch ein lokaler Temperaturanstieg entsteht. Im vorliegenden Antrag soll dieses Problem wenigstens teilweise geklärt werden. Das Projekt steht in engem Zusammenhang mit dem Projekt der Gruppe Fritzsche/Vasenkov, die das Problem mit etwas anderen Methoden und an anderen Systemen angehen will.

Es sollen zunächst Poreneintrittseffekte an wohldefinierten Porenaußenflächen untersucht werden. Dazu sollen MD-, DCV-GCMD-, kMC- und dcTST-Rechnungen an ausgewählten Zeolithen durchgeführt werden. Effekte der relativen Größe von Poren und Molekülen, Beladung, Porenstruktur (gerade Kanäle, überschneidende Poren, Käfigstrukturen), Kettenlänge von Alkanen, Unterschiede zwischen Alkenen und Alkanen, Adsorptionswärmen sowie flexible Porenstruktur sollen ermittelt werden. Darüber hinaus sollen Auswirkungen von einigen Nichtidealitäten der Porenstruktur (Verschluss der Porenenden, nichtideale Porenwände) herausgefunden werden.