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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Pulvertechnologische Formgebungsmethoden zur Herstellung von MOF-Halbzeugen für vielfältige Anwendungen

Donnerstag (19.09.2019)
17:30 - 18:00 Uhr Eselstall

Metallorganische Gerüstverbindungen (Metal-Organic Frameworks, MOFs) sind eine neue Klasse poröser Materialien, die sich durch sehr hohe spezifische Oberflächen und Porenvolumina auszeichnen und dadurch unter anderem herausragende Gasspeichereigenschaften besitzen. Über die Auswahl der Ausgangsmaterialien kann die Zusammensetzung und Struktur der MOFs vielfältig variiert werden, was eine anwendungsspezifische Eigenschaftseinstellung ermöglicht. Der Verarbeitung von MOF-Pulvern zu Formkörpern unterschiedlicher Größe und Geometrie ist entscheidend, wenn es darum geht, deren exzellente Materialeigenschaften einer breiten Anwendung zugänglich zu machen. Mittels pulvertechnologischer Formgebungs- und Granulierverfahren wie Extrusion, Trockenpressen und Gefrierformgebungstechnologien ist es gelungen, definierte MOF-Formkörper als Halbzeuge herzustellen. Diese können beispielweise in Speichersystemen für Gase (z.B. erhöhte CH4-Speicherung für Natural Gas Adsorption), in Wärmepumpen (erhöhte Wasseradsorptionseigenschaften), für Schutzanzüge und Masken (Schadstoffaufnahme) oder als Katalysatorträger genutzt werden.

Von Projektpartnern synthetisierte MOF-Pulver, wie HKUST-1, Fe-BTC, Al-Fumarat, UiO-66, CPO-27(Ni), CAU-10 oder PCN-250 wurden dazu zu Granulaten, Pellets oder monolithischen Formkörpern verarbeitet. Neben der mechanischen Stabilität besteht eine weitere Herausforderung darin, die originären Eigenschaften der MOF-Materialien im Formkörper möglichst vollständig zu erhalten, da eingesetzte Binder oder auftretende Scherkräfte bei der Formgebung (Extrusion, Pressen) die Porosität bzw. die spezifische Oberfläche der MOFs negativ beeinflussen. Sehr gute Ergebnisse wurden bei extrudierten HKUST-1 Pellets erzielt, die je nach Prozessführung und Binderart spezifische Oberflächen zwischen 83 und 100 % des Ausgangsmaterials (1460 m²/g) besaßen. Ebenfalls gelang es, zylindrische, großformatige (140 mm Durchmesser + 14 mm Höhe), mechanisch stabile Scheiben mit vier Bohrungen für einen Einsatz in der Methangasspeicherung herzustellen, deren spezifische Oberfläche bei 86 % des Ausgangswertes liegt. Weitere mittels Gefrierformgebungstechnologien erzeugte MOF-Formkörper verfügten, je nach verwendetem MOF, über spezifische Oberflächen zwischen 55 und 95% des Ausgangsmaterials. Mit Hilfe angepasster Formgebungsverfahren und Formkörperzusammensetzungen ist es nun möglich, MOFs mit ihren exzellenten Materialeigenschaften für verschiedenste Anwendungen nutzbar zu machen.

Sprecher/Referent:
Dr. Matthias Ahlhelm
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Hans-Jürgen Richter
    Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
  • David Werner
    Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS