Development of High-Selective Ceramic Membranes via Template-Assisted Sol-Gel Methods

Datum: 23 juni 2014

Locatie: UAntwerpen - Campus Drie Eiken - lokaal R1 - Universiteitsplein 1 - 2610 Wilrijk

Tijdstip: 15 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Chemie

Promovendus: Sebastiaan Herregods

Promotor: Prof. dr. A. Buekenhoudt, prof. dr.P. Cool

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Sebastiaan Herregods - Faculteit Wetenschappen, Departement Chemie



Abstract

Membranen zijn half doorlaatbare barrières, vergelijk het met een zeef maar dan op moleculair niveau (figuur 1). Ze zijn al succesvol toegepast in het domein van waterzuivering doordat ze ongewenste componenten tegenhouden terwijl water door het membraan kan. Op deze manier kunnen ze met weinig energieverbruik water zuiveren. De membraanmarkt kan verder uitgebreid worden naar complexere procesgeïntegreerde scheidingen door deze membranen stabieler en selectiever te maken. Hierdoor zouden de klassieke, energie consumerende, niet continue scheidingsprocessen (vb. extractie, destillatie, kristallisatie & chromatografie) gedeeltelijk vervangen kunnen worden door duurzame (nl. lage energie consumptie), continue, hoog-selectieve membranen. Bijgevolg zouden zulke hoog-selectieve membranen een positieve economische en ecologische impact kunnen hebben op de industrie.

Figuur 1: Schematische voorstelling van een membraan

De huidige membranen met toereikende stabiliteit (sol-gel membranen) zijn echter niet selectief genoeg voor alle beoogde industriële toepassingen. Deze lage selectiviteit komt doordat de poriën van het sol-gel membraan niet allemaal van dezelfde grootte zijn. Vergelijk het met een zeef waarvan de gaten niet allemaal even groot zijn. Hierdoor kan de component die niet door de (moleculaire) zeef hoort te gaan, er toch in minder mate door via de te grote gaten. Bovendien is het moeilijk om steeds dezelfde sol-gel membranen te maken (lage reproduceerbaaheid), hetgeen nadelig is voor de toepasbaarheid in de industrie. Ook de diameter van de poriën is moeilijk te sturen in de sol-gel membranen.

Templaat-geassisteerde membranen kunnen deze tekortkomingen (lage selectiviteit, verandering van diameter en reproduceerbaarheid van de sol-gel membranen) oplossen. In deze membranen worden de poriën gevormd door een templaat of sjabloon dat verwijderd wordt na de aanmaak van het membraan. Het templaat bestaat uit zelfordenende organische moleculen die toelaten steeds dezelfde templaat-geassisteerde membranen kunnen maken (hoge reproduceerbaarheid).

Het doctoraatsonderzoek in samenwerking met de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO NV) heeft geleid tot de succesvolle aanmaak van templaat-gestuurde poeders, dunne filmen en membranen. Hiertoe dient de aanmaak van de templaat-gestuurde materialen nauwgezet gecontroleerd te worden. Vooral ongecontroleerde kristallisatieprocessen dienen voorkomen te worden om tot de gewenste structuur te komen. De poriegrootte van de gemaakte materialen kan eenvoudig gecontroleerd worden door het templaat te variëren zodat het membraan op maat van de toepassing gemaakt kan worden. Bovendien kan er geconcludeerd worden dat de synthese van dunne filmen en membranen via de templaat-geassisteerde methode een hogere reproduceerbaarheid heeft en leidt tot  uniformere poriën in vergelijking met deze bekomen via de sol-gel methode. Echter uit de scheiding van een industrieel relevant mengsel blijkt dat de procescondities ook een grote invloed hebben op de werking van de membranen. Hierdoor hebben de templaat-geassisteerd membranen in de reële procescondities nog niet de gewenste significant verhoogde selectiviteit ten opzichte van de sol-gel membranen en dient een verdere controle van de procescondities zich aan voor verder onderzoek.