View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

Ergebnisse und Diskussion
3.5.5 Einfluss der Oberflächentransportvorgänge
Um die Limitationen durch Oberflächentransportvorgänge an Membranen mit M30 Träger
nachzuweisen, wurde Sauerstoff als Feed-Gas verwendet. Durch die Verwendung des reinen
Gases werden Konzentrationspolarisationen im Träger und der Gasphase minimiert.
Auch Limitierungen durch Oberflächentransportvorgänge werden auf der Feed-Seite aufgrund
der hohen Oberfläche des Trägers und des hohen Sauerstoffpartialdrucks verringert.
Der Sauerstofffluss sollte daher nur durch Effekte auf der Sweep-Seite limitiert sein. Weiterhin
wurden Vergleichsmessungen an 1mm und 2,5mm Vollmaterial (bulk) Proben durchgeführt.
Wie auch zur Untersuchung des Trägereinflusses, wurde die scheinbare Triebkraft
über den Sweep-Gas Durchfluss eingestellt. Die Messungen erfolgten bei 900°C und sind in
Abb. 3.37 gezeigt.
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jO2 [ml cm-2 min-1 ]
30
25
20
15
10
5
0
20μm M30 Träger feed
70μm M30 Träger feed
1mm bulk
2,5mm bulk
0 1 2 3 4 5
scheinbare Triebkraft ln(p' O2/p'' O2)
Abb. 3.37 Vergleich der Sauerstoffpermeation der Membranverbunde 20µm M30, 70µm
M30, sowie 1mm bulk und 2,5 mm bulk Membran in Abhängigkeit von der scheinbaren Triebkraft
ln(p’O2/p’’O2) bei Anströmung mit reinem Sauerstoff bei 900°C. Der Träger befindet sich auf
der Feed-Seite.
Wie im Vergleich zwischen Vollmembran und geträgerter Membran zu erkennen (Abb. 3.37)
werden limitierende Faktoren auf der Feed-Seite durch die Verwendung von Sauerstoff minimiert.
Hierbei zeigen geträgerte Membranen eine deutlich höhere Permeationsrate bei
kleineren scheinbaren Triebkräften, als Vollmaterialmembranen. Die kleineren scheinbaren
Triebkräfte sind daher auf den schnelleren Sauerstofftransport und somit den höheren Sauerstoffpartialdruck
auf der Sweep-Seite p’’O2 zurückzuführen.
Als limitierende Faktoren kommen, bei einer Anströmung mit Sauerstoff auf der Feed-Seite,
Oberflächentransportvorgänge und Konzentrationspolarisationen in der Gasphase auf der
Sweep-Seite in Frage. Oberflächentransportvorgänge werden dabei mit abnehmender
Membrandicke zunehmend geschwindigkeitsbestimmend. Ausreichend dicke Membranen,
wie die 2,5mm Vollmaterialmembran, unterliegen keiner Limitierung durch Oberflächentransportvorgänge,
da hier der Transport durch die Membranschicht geschwindigkeitsbestimmend