View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

Ergebnisse und Diskussion
ist. In Abb. 3.38 wurde die Permeationsrate, durch Multiplikation mit der Membrandicke,
normiert und über der scheinbaren Triebkraft aufgetragen.
j O2 • L Membran
[ml cm -2 min -1 cm]
0,6
0,4
0,2
20μm M30 Träger feed
70μm M30 Träger feed
1mm bulk
2,5mm bulk
R 2 = 0,9923
R 2 = 0,9988
R 2 = 0,995
R 2 = 0,8209
0,0
0 1 2 3 4 5
scheinbare Triebkraft ln(p' O2/p'' O2)
Abb. 3.38 Dickennormierte 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.
Bei einer reinen Limitierung des Sauerstofftransportes durch den Festkörper gilt die Wagnergleichung.
Entsprechend liegen die Permeationswerte in Abhängigkeit von der scheinbaren
Triebkraft auf einer Ursprungsgeraden. Dies ist bei der 2,5mm Membran der Fall. Mit abnehmender
Membrandicke kommt es zu Überlagerungen verschiedener Transportmechanismen.
Andere Transportmechanismen, wie zum Beispiel Gasphasendiffusion oder Oberflächentransportvorgänge
gehorchen anderen Gesetzmäßigkeiten und können nicht mehr
durch die Wagner-Gleichung beschrieben werden. Der Verlauf der Sauerstoffpermeation in
Abhängigkeit von der scheinbaren Triebkraft weicht daher von der Ursprungsgerade ab. Als
Maß für diese Abweichung dient der Bestimmtheitsmaß R 2 .
Wie in Abb. 3.38 zu sehen, sinkt das Bestimmtheitsmaß R 2 mit der Membranschichtdicke.
Besonders groß ist die Änderung in der Abweichung von der Ursprungsgerade beim Schritt
von der 70μm auf die 20μm Membranschicht. Dies weist deutlich auf einen Wechsel der
Transportlimitierung von Festkörperdiffusion zu Oberflächentransportvorgängen im Dickenbereich
von 70μm-20μm hin. Membranen mit 20μm und 70μm Membranschichtdicke auf
M20 Träger zeigen den selben Trend (Abb. 3.39).
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