TY - BOOK

T1 - Analytische Beschreibung eines Kompositmaterials bestehend aus dem Trägermaterial Klinoptilolith, dem Aktivstoff Calciumchlorid und Silan

AU - Meitner, Daniela

N1 - nicht gesperrt

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Heutzutage werden meist synthetische Zeolithe als Sorptionsspeichermaterialien in Thermochemischen Speichern (TCS) eingesetzt. Durch die Eigenschaft Wasser in die Struktur aufzunehmen und dadurch Wärme freizugeben bieten sie eine Möglichkeit Wärme verlustfrei über längere Zeit speichern zu können. Nachteilig bei synthetischen Zeolithen sind oftmals die hohen Desorptionstemperaturen während der Beladung des Speichers und der hohen Anschaffungskosten. Aus diesem Grund versucht man natürliche Zeolithe für den Einsatz in TCS durch die Imprägnierung mit Salzen in den Vordergrund zu rücken. Der Vorteil einer Salzimprägnierung ist die Erhöhung der Energiespeicherdichte des natürlichen Materials, einen Nachteil aber stellt die schlechte Zyklenstabilität der Kompositmaterialien dar. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit versucht, dieses Problem durch den zusätzlichen Verfahrensschritt der Hydrophobierung mit Silan zu lösen. Hier besteht der Vorteil, dass die zusätzliche Schicht kein Wasser durchlässt und somit keine Lösung des Salzes von der Oberfläche stattfinden kann. Trotz der Undurchlässigkeit von flüssigem Wasser ist diese Schicht für Wasserdampf permeabel und somit wird der exotherme Reaktionsmechanismus des Sorptionsmaterials nicht verändert. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt auf den materialspezifischen und thermochemischen Untersuchungen eines neu entwickelten Kompositmaterials bestehend aus einem natürlichen Zeolith (Klinoptilolith), Calciumchlorid (CaCl2) und Silan. Die materialspezifischen Untersuchungen zeigten den natürlichen Ursprung des Klinoptiloliths, die Fähigkeit zum Ionentausch der Kationen des Materials (Na, K, Mg und Ba) und der verwendeten CaCl2-Imprägnierung (Ca) und den Einfluss der Hydrophobierung auf die Eigenschaften des Zeoliths. Durch die Hydrophobierung wird die Eigenschaft des Ionenaustausches des Zeolithen komplett gehemmt. Auch die Salzverteilung auf der Oberfläche des Materials ist ohne Hydrophobierung nicht flächendeckend. Stattdessen findet man einzelne, großflächige Salzfelder. Bei der hydrophobierten Probe konnten einzelne auf der Oberfläche verteilte Salzkristalle detektiert werden. Im Allgemeinen ist die Güte der Hydrophobierung von der Höhe der Salzbeladung und der Korngröße abhängig. Neben den materialspezifischen Untersuchungen wird das Kompositmaterial thermochemisch beschrieben. Das Ergebnis dieser Untersuchung zeigte eine Erhöhung der Energiedichte im Vergleich zum Trägermaterial (Klinoptilolith). Des Weiteren kam es beim Kompositmaterial zum Abfall des Temperaturhubes mit steigender Salzbeladung. Durch die SAXS-Analyse konnte gezeigt werden, dass es durch die Hydrophobierung zur Reduktion der aktiven Oberfläche des Materials um 35% gekommen ist.

AB - Heutzutage werden meist synthetische Zeolithe als Sorptionsspeichermaterialien in Thermochemischen Speichern (TCS) eingesetzt. Durch die Eigenschaft Wasser in die Struktur aufzunehmen und dadurch Wärme freizugeben bieten sie eine Möglichkeit Wärme verlustfrei über längere Zeit speichern zu können. Nachteilig bei synthetischen Zeolithen sind oftmals die hohen Desorptionstemperaturen während der Beladung des Speichers und der hohen Anschaffungskosten. Aus diesem Grund versucht man natürliche Zeolithe für den Einsatz in TCS durch die Imprägnierung mit Salzen in den Vordergrund zu rücken. Der Vorteil einer Salzimprägnierung ist die Erhöhung der Energiespeicherdichte des natürlichen Materials, einen Nachteil aber stellt die schlechte Zyklenstabilität der Kompositmaterialien dar. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit versucht, dieses Problem durch den zusätzlichen Verfahrensschritt der Hydrophobierung mit Silan zu lösen. Hier besteht der Vorteil, dass die zusätzliche Schicht kein Wasser durchlässt und somit keine Lösung des Salzes von der Oberfläche stattfinden kann. Trotz der Undurchlässigkeit von flüssigem Wasser ist diese Schicht für Wasserdampf permeabel und somit wird der exotherme Reaktionsmechanismus des Sorptionsmaterials nicht verändert. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt auf den materialspezifischen und thermochemischen Untersuchungen eines neu entwickelten Kompositmaterials bestehend aus einem natürlichen Zeolith (Klinoptilolith), Calciumchlorid (CaCl2) und Silan. Die materialspezifischen Untersuchungen zeigten den natürlichen Ursprung des Klinoptiloliths, die Fähigkeit zum Ionentausch der Kationen des Materials (Na, K, Mg und Ba) und der verwendeten CaCl2-Imprägnierung (Ca) und den Einfluss der Hydrophobierung auf die Eigenschaften des Zeoliths. Durch die Hydrophobierung wird die Eigenschaft des Ionenaustausches des Zeolithen komplett gehemmt. Auch die Salzverteilung auf der Oberfläche des Materials ist ohne Hydrophobierung nicht flächendeckend. Stattdessen findet man einzelne, großflächige Salzfelder. Bei der hydrophobierten Probe konnten einzelne auf der Oberfläche verteilte Salzkristalle detektiert werden. Im Allgemeinen ist die Güte der Hydrophobierung von der Höhe der Salzbeladung und der Korngröße abhängig. Neben den materialspezifischen Untersuchungen wird das Kompositmaterial thermochemisch beschrieben. Das Ergebnis dieser Untersuchung zeigte eine Erhöhung der Energiedichte im Vergleich zum Trägermaterial (Klinoptilolith). Des Weiteren kam es beim Kompositmaterial zum Abfall des Temperaturhubes mit steigender Salzbeladung. Durch die SAXS-Analyse konnte gezeigt werden, dass es durch die Hydrophobierung zur Reduktion der aktiven Oberfläche des Materials um 35% gekommen ist.

KW - Kompositmaterial

KW - Klinoptilolith

KW - Calciumchlorid

KW - Silan

KW - Thermochemische Energiespeicherung

KW - materialspezifische Untersuchung

KW - thermochemische Untersuchung

KW - composite material

KW - Clinoptilolite

KW - calcium chloride

KW - silane

KW - thermochemical energy storage

KW - material-specific investigations

KW - thermochemical investigations

M3 - Dissertation

ER -