View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich
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Ergebnisse und Diskussion<br />
Diese Auftragung zeigt, dass die Sauerstoffpermeation proportional zur Porosität ist. Die<br />
normierte Sauerstoffpermeation der Membran mit M30 Träger und 20μm Schicht liegt bei<br />
hohen Sweep-Durchflüssen und damit hohen Triebkräften im Vergleich zu den beiden anderen<br />
Membranen um ca. 8% höher. Hier können mögliche Ursachen eine geringere Tortuosität<br />
oder eine höhere spezifische Oberfläche des Trägers sein. Eine geringere Tortuosität<br />
führt zu einem geringeren Druckabfall über den Träger und somit zu einem höheren Sauerstoffpartialdruck<br />
an der Membran. Der genaue Zusammenhang zwischen Porosität und<br />
Tortuosität ist in diesen Trägern unbekannt. Eine höhere spezifische Oberfläche kann mögliche<br />
Limitierungen durch Oberflächentransportvorgänge reduzieren. Aufgrund der Verwendung<br />
von Sauerstoff als Feed-Gas ist jedoch mit keiner Oberflächentransportlimitierung auf<br />
der Feed-Seite zu rechnen. Aufgrund der Unsicherheit durch die Permeationsmessung von<br />
±5%, sowie eine Unsicherheit bei der grafischen Bestimmung der Porosität ist diese Abweichung<br />
nicht als signifikant zu betrachten. Es wird daher ein linearer Zusammenhang von<br />
Sauerstoffpermeation und Porosität angenommen.<br />
Zur Untersuchung der Konzentrationspolarisationen im Träger wurde eine weitere Messung<br />
an einem Verbund mit 20μm Membranschicht und M30 Träger durchgeführt. Hierzu wurde<br />
die Trägerseite bis auf eine Gesamtverbunddicke von 0,5mm herunter geschliffen. Die Dicke<br />
der originalen Membran beträgt 0,87mm. Der Vergleich der Sauerstoffpermeation bei Verwendung<br />
von Luft als Feed-Gas von 0,5mm und 0,87mm Verbund ist in Abb. 3.34 gezeigt.<br />
Durch die Verringerung der Trägerdicke um ca. 40% kann bei 900°C eine Permeationssteigerung<br />
von 25% erreicht werden.<br />
70<br />
j O2 [ml cm -2 min -1 ]<br />
3,5<br />
3,0<br />
2,5<br />
2,0<br />
1,5<br />
1,0<br />
0,5<br />
0,0<br />
700 750 800 850 900 950 1000 1050<br />
Temperatur [°C]<br />
20μm M30 Träger feed<br />
20μm M30 Träger dünn feed<br />
1mm bulk<br />
Abb. 3.34 Vergleich der Sauerstoffpermeation der Membranverbunde mit 20µm Membran-<br />
schicht und 0,48mm dickem Träger, sowie 0,85mm dickem M30 Träger auf der Feed-Seite.<br />
Feed-Gas: Luft.
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