Pervaporation von Reinflüssigkeiten und binären Gemischen durch Membranen von Polybutylenterephthalat im Glasübergangsbereich

vorgelegt von

Konrad Huber

Betreuer: Prof. Dr. D. Göritz
Abgabedatum: 7.1.1998

Die Dissertation ist erschienen im H. Utz Verlag mit ISBN 3-89675-298-7

Die Pervaporation von Reinflüssigkeiten, Wasser und Alkohole, und derer binären Gemische durch Membranen aus Polybutylenterephthalat (PBT) wurde im Bereich dessen Glastemperatur untersucht. Hierzu wurde eine Pervaporationsapparatur in der Art weiterentwickelt, daß während einer Messung eines binären Gemisches aus einer organischen Komponente und Wasser beide Permeentenflüsse kontinuierlich erfaßt werden können. Zur Bestimmung der Konzentrationsabhängigkeit des Diffusionskoeffizienten aus dem Verlauf des Permeentenflusses war die Entwicklung eines neuen Verfahrens nötig.

Die verwendete Pervaporationsapparatur basiert auf der differentiellen Methode des Trägergasverfahrens, welches hier durch einen kommerziellen Gaschromatographen und dessen Detektorsystem realisiert ist. Die kontinuierliche Aufzeichnung der Permeentenflüsse beider Komponenten gestattet die Betrachtung der wechselseitigen Beeinflussung des Diffusionsverhaltens in der Polymermembran. Da für die Pervaporation im Glasübergangsbereich keine Modellvorstellungen und Messungen existieren, wurde das numerische Verfahren der Finite-Differenzen-Methode entwickelt.

Bei der Pervaporation der Alkohole war eine deutliche Abhängigkeit des Diffusionskoeffizienten von der Konzentration zu beobachten. Dessen Form D(c) folgte bei den niedrigen Temperaturen dem gängigen Dual-Sorption-Modell polymerer Gläser und wechselte kontinuierlich zu einem Ausdruck, wie er sich aus dem Freien-Volumen-Modell für Polymere über dessen Glastemperatur ergibt. Das Maß der Konzentrationsabhängigkeit, die Plastifizierung, durchläuft bei allen Alkoholen etwas über dem Glasübergangsbereichs ein Maximum. Die intrinsischen Diffusionskoeffizienten folgen einem Arrhenius-Verhalten mit einer Diskontinuität bei der Glastemperatur. Die Aktivierungsenergien hierzu liegen im Glaszustand über denen im gummielastischen Zustand im Gegensatz zu bisherigen Beobachtungen bei der Gaspermeation.

Bei der Pervaporation der Alkohol-Wasser-Gemische war eine Auswertung möglich, die über das bisher Übliche, wie Bestimmung der Trennfaktoren und Permeationsverhältnisse, hinausgeht. So konnte ein zeitabhängiger Trennfaktor eingeführt und dargestellt werden. Aber auch die direkte Bestimmung des Ausdrucks D(c) für die Alkoholkomponenten und dessen Änderung bezüglich der Zusammensetzung der Feed-Lösung war möglich.



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