A systematic investigation of transport phenomena in organic solvent nanofiltration

Hoffmann, Stefanie; Wessling, Matthias (Thesis advisor); Gorak, Andrzej (Thesis advisor)

Aachen (2015, 2016)
Doktorarbeit

Kurzfassung

Durch das große Einsparpotential hinsichtlich Energie, Produkt- und Abfallströme hat die organophile Nanofiltration in den letzten Jahrzehnten immer mehr an Bedeutung gewonnen. Diese Technologie bietet die Möglichkeiten unter milden Bedingungen auch komplexeorganische Gemische zu trennen. Durch nicht vollständiges Grundlageverständnis wird das Potential dieser Technologie bishernicht vollständig genutzt. In der vorliegenden Arbeit wird eine systematische Studie vorgestellt, die einen Betrag leisten soll, Transportvorgänge in einen Nanofiltrationsprozess mit organischen Lösemitteln besser verstehen und gegebenenfalls vorhersagen zu können. Hierzu wurde der Einfluss verschiedener Faktoren auf den Transport einer silikonbasierten organophilen Nanofiltrationsmembran untersucht. Hierbei wurde insbesondere die sogenannte ,Negative Retention‘ vorgestellt und untersucht. Zunächst wurde der Einfluss vier verschiedener Lösemittel und vier verschiedener gelöster Komponentenklassen untersucht. Hierbei wurde zunächst die Trennleistung der Membran unter Verwendung einer Komponentenklasse in einem Lösemittel charakterisiert. Das Phänomen des negativen Rückhalts konnte beobachtet werden und wurde des Weiteren systematisch untersucht. Ein Zusammenhang zwischen der Affinität und der negativen Retention konnte hergestellt werden. Des Weiteren wurde die Membranleistung durch zwei unterschiedliche Komponentenklassen, welche in jeweils reinem Lösemittel gelöst wurden charakterisiert. Im Anschluss wurde dann der Einfluss von binären Lösemittelmischungen auf den Membran-Rückhalt von zwei unterschiedlichen Komponentenklassen aufgezeigt. Für ein tiefergehendes Verständnis bezüglich unterschiedlicher Retention durch die Verwendung von unterschiedlichen Lösemitteln zu generieren, wurden Sorptionsmessungen durchgeführt. Ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Sorption und der Trennleistung konnte hierdurch hergestellt werden. Die Verbindung zur klassischen, wässrigen Nanofiltration wurde im Anschluss durchgeführt. Hierzu wurde der Rückhalt von ein- und mehrwertgien Salzen in wässrigen Methanol-Lösungen untersucht. Der Zusammenhang zwischen der Dissoziation und des unterschiedlichen Rückhaltes wurde hierbei deutlich. Die mathematische Beschreibung dieser Transportvorgänge wurde dann durchgeführt. Erfolgreiche Simulationen aber auch Grenzen dieser konnten hier beobachtet werden.

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