Silicone based membranes for organic solvent nanofiltration

Lazar, Marina; Benes, Nieck E.; Wessling, Matthias

doi:urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-022630

Silicone based membranes for organic solvent nanofiltration = Silikonbasierte Membranen für die organophile Nanofiltration

Lazar, Marina

2015 & 2016

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Marina Lazar

ImpressumAachen 2015

Umfang1 Online-Ressource (180 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen, 2015

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2016

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Wessling, Matthias (Thesis advisor) ; Benes, Nieck E. (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-12-07

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-022630
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/571750/files/571750.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/571750/files/571750.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik und Institut für Verfahrenstechnik (416110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau (frei) ; silicone based membrane (frei) ; organic solvent nanofiltration (frei) ; Flory-Rehner equation (frei) ; Hansen solubility parameters (frei) ; mass transport model (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Eines der Polymere, die eine erfolgreiche Anwendung der organophilen Nanofiltrationsmembranen ermöglichen, ist Silikon oder genauer bezeichnet Poly(Organosiloxane). Diese Doktorarbeit beinhaltet eine Studie über silikonbasierten Membranen, bezüglich deren chemischen Eigenschaften, sowie Trenneigenschaften in organischen Lösemitteln und dem Einfluss der zugefügten funktionellen Gruppen. Die Trennleistung einer silikonbasierter Membranen wurde erst mit polyimidbasierten und PIM-1 (Polymere mit der intrinsischer Porosität) Membranen verglichen. Die Versuche wurde in Heptan und Aceton durchgeführt, um Unterschiede der Membranmaterialien zu betonen. Im Weiteren, wurden ein prädiktives Model für den Stofftransport der Multikomponentenmischung für die Silikonmembran erstellt. Das angewandte Model beinhaltet einen Flory-Rehner-basierten Ansatz zur Beschreibung des Membranquellverhaltens und eine vereinfachte Form des Maxwell-Stefan Massentransportmodels. Die Vorhersagegenauigkeit des entwickelten Models wurde mit dem Versuchsergebnissen für elf Lösemittel verglichen. Die vorhergesagten Werte für die Rückhaltekurven der Styrololigomere in diesen Lösemitteln wurden auch mit den Versuchsdaten verglichen. Die Herstellung und die Trennleistung der Kompositmembranen auf der Basis von den acrylat- und epoxid-funktionalisierten Silikonen wurden in einem Styrololigomere/Heptan Gemisch untersucht. Dazu wurde ein Vergleich der acrylat-, epoxidfunktionalisierten und einer kommerziell verfügbaren silikonbasierten Membranen in mehreren Lösemitteln durchgeführt. Die Versuchsergebnisse wurden gemeinsam mit dem entwickelten Model angewandt um die spezifische Membranparameter und deren Bedeutung in genauer Abbildung der Versuchsdaten zu bestimmen.

One of the polymers enabling successful application of organic solvent nanofiltration membranes is silicone or more precisely poly(organosiloxane). This thesis includes a study on silicone based membranes, as to their chemistry, their separation performance in organic solvents and influence of introduced functional groups. The performance of a silicone based membrane was first compared to membranes based on polyimide and PIM-1 (polymers of intrinsic microporosity). The tests were made in heptane and acetone to underlie the difference in the separation properties of the tested membrane materials. Further, the development of a predictive model for multicomponent mass transport through a silicone membrane was made. The applied modelling approach can be differentiated in a Flory-Rehner based model to estimate membrane swelling and a simplified Maxwell-Stefan mass transport model. The prediction accuracy of developed modelling approach was compared to the measured values for eleven pure solvents. The predicted values of styrene oligomer rejection curves in these solvents were also compared to the measured values. The production and performance of composite membranes made from acrylatefunctional and epoxy-functional silicones in styrene oligomer/heptane mixture were also investigated. Next to this, a performance comparison in several solvents of acrylate-functional, epoxy-functional and a commercially available silicone based membrane was made. The measured results were used together with modelling approach to determine membrane specific parameters and their relevance in accurate predicting of the measured data.

OpenAccess:
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