Erzeugung von Kälte mittels Wärme : Entwicklung neuer Adsorbentien und Anwendungsbeispiele auf Basis von 3D-Koordinationspolymeren

Lenzen, Dirk

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Materialien welche das Herzstück der sogenannten Adsorptionswärmepumpen bzw. –kältemaschinen bilden. Diese Technik wurde, besonders durch neue Materialklassen, welche erst in den letzten Jahrzehnten entdeckt wurden, neu belebt. Diese Technik basiert auf der reversiblen Adsorption von Gasen wobei zusätzlich Verdampfungs- und Kondensationsprozesse eine wichtige Rollen spielen. Die Wärme bzw. Kälte die dabei freigesetzt wird, kann abgeführt und genutzt werden. Die erste untersuchte Verbindung gehört zur Klasse der Metall-organischen Gerüstverbindungen (MOF, engl. metal-organic framework) und wurde 2013 von H. Reinsch entdeckt und auf den Namen CAU 10 getauft. Die bis dahin nur in einer Synthese mit dem giftigen Lösungsmittel Dimethylformamid erhältliche Verbindung wurde im Rahmen dieser Arbeit auf eine „grüne“ Art hergestellt. Außerdem gelang es, die Verbindung in großen Mengen herzustellen. Es wurde u. a. ein Wärmetauscher beschichtet und dessen Leistungsdaten in einem Test gemessen. Das Material zeigt herausragende Eigenschaften für den Einsatz in Adsorptionskältemaschinen. Die Optimierung schon bekannter Synthesen und Verbindungen ist nicht das einzige Feld auf dem geforscht wurde. Mit der Verbindung CAU-23, welche im Rahmen dieser Arbeit entdeckt wurde, konnte eine neue, für die Anwendung sehr interessante Verbindung entdeckt werden, welche eine neue, bisher unbekannte anorganische Baueinheit für Al-MOFs enthält. CAU-23 zeigt, insbesondere durch seine niedrige nötige Antriebstemperatur und seine große Aufnahmekapazität exzellente Eigenschaften für die Anwendung in Adsorptionskältemaschinen. Eine Besonderheit der Aluminium MOFs, welche für diese Art von Soprtionsanwendungen diskutiert werden, ist ihre strukturelle Flexibilität bei Wasseraufnahme bzw. -abgabe. Um dies weiter zu untersuchen wurde für die 2015 gefundenen Verbindung MIL-160 die strukturelle Änderung bei Wasseraufnahme im Detail untersucht.

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Lenzen, Dirk: Erzeugung von Kälte mittels Wärme. Entwicklung neuer Adsorbentien und Anwendungsbeispiele auf Basis von 3D-Koordinationspolymeren. 2019.

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