Die Diffusion von Wasser wurde im zeolithischen Silicoaluminophosphat SAPO-34 sowie den metallorganischen Gerüstverbindungen Aluminiumfumarat, MIL-100(Al) und CAU-10-H mittels Kernspinresonanz mit gepulsten Feldgradienten untersucht. Diese mikrokristallinen, nanoporösen Wirtsysteme stellen vielversprechende und zum Teil bereits eingesetzte Materialien für die adsorptive Wärmetransformation dar. Die Diffusion von Wasser im Aluminiumfumarat und im MIL-100(Al) wird durch einen Austausch der Wassermoleküle zwischen den Porenräumen der Wirtsysteme und der die Kristalle umgebenden Gasphase beeinflusst. Für die Auswertung wurde ein bekanntes Zweibereichsmodell für die Spezialfälle der behinderten (MIL-100(Al)) und anisotropen (Aluminiumfumarat) intrakristallinen Diffusion erweitert. Mittels numerischer Intergration ermöglicht diese Methodik eine über die Variation der Beobachtungszeit konsistente Beschreibung der NMR-Daten und liefert Informationen über die intrakristalline Diffusion sowie über die mittleren Aufenthaltszeiten der Moleküle.:1 Einleitung und Motivation
2 Ausgewählte kristalline nanoporöse Wirtsysteme
2.1 Silicoaluminophosphat SAPO-34
2.2 Aluminiumfumarat
2.3 Aluminiumisophthalat CAU-10-H
2.4 Aluminiumform des MIL-100
3 Grundlagen der verwendeten Methoden
3.1 Selbstdiffusion
3.1.1 Lösung der Diffusionsgleichung
3.1.2 Diffusion in Gasen
3.1.3 Diffusion als aktivierter Prozess
3.2 Kernspinresonanz
3.2.1 Phänomenologische Beschreibung
3.2.2 Diffusionsuntersuchungen mit gepulsten Feldgradienten
3.2.3 Impulsfolge des stimulierten Spin-Echos mit gepulsten Feldgradienten
4 Das Zweibereichsmodell und seine Weiterentwicklung
4.1 Das Zweibereichsmodell für isotrope Diffusion in beiden Bereichen
4.1.1 Schematische Darstellung des Modells
4.1.2 Mathematische Beschreibung des Modells
4.1.3 Gemittelter Diffusionskoeffizient und Zeitregime des Austauschs
4.2 Anisotrope Diffusion in der intrakristallinen Phase
4.2.1Allgemeine Beschreibung von anisotroper Diffusion in einer Schüttung
4.2.2 Anisotrope Diffusion in einem Zweibereichssystem
4.2.3 Über mehrere Austausche gemittelter Diffusionskoeffizient für anisotrope Diffusion
4.3 Behinderte intrakristalline Diffusion
4.3.1 Allgemeine Beschreibung von behinderter Diffusion
4.3.2 Behinderte Diffusion in einem Zweibereichssystem
4.3.3 Sonderfälle der behinderten Diffusion im Zweibereichsmodell
4.4 Numerische Näherung der Spin-Echo-Dämpfungskurven in Zweibereichssystemen
4.4.1 Allgemeine Näherung durch Riemann-Summe
4.4.2 Näherung unter Berücksichtigung der kurzen mittleren interkristallinen Aufenthaltszeiten
4.4.3 Abschätzung des Näherungsfehlers
5 Probenpräparation und Durchführung der PFG NMR-Experimente
5.1 Synthese und Charakterisierung
5.1.1 Silicoaluminophosphat SAPO-34
5.1.2 Aluminiumfumarat
5.1.3 Aluminiumisophthalat CAU-10-H
5.1.4 Aluminiumform des MIL-100
5.2 Probenvorbereitung und 1H-Relaxometrie
5.3 Diffusionsmessungen bei kurzen transversalen Relaxationszeiten
5.4 Durchführung der NMR-Diffusionsuntersuchungen
5.4.1 Allgemeine Durchführung
5.4.2 Wasser in SAPO-34-Kristallen
5.4.3 Wasser in großen Al-FUM-Kristallen
5.4.4 Wasser in einer binderbasierten Schicht von kleinen Al-FUM-Kristallen
5.4.5 Wasser in CAU-10-H-Kristallen
5.4.6 Wasser in MIL-100(Al)-Kristallen
6 Selbstdiffusion von Wasser in den porösen Wirtsystemen
6.1 Selbstdiffusion in SAPO-34
6.2 Selbstdiffusion in großen Al-FUM-Kristallen
6.2.1 Auswertung mit dem Modell der anisotropen Diffusion
6.2.2 Auswertung mit dem für anisotrope Diffusion erweiterten Zweibereichsmodell
6.2.3 Diskussion der ermittelten Selbstdiffusionskoeffzienten
6.3 Selbstdiffusion in einer Schicht von Al-FUM-Kristallen
6.4 Selbstdiffusion in CAU-10-H
6.5 Selbstdiffusion in MIL-100(Al)
6.5.1 Auswertung über den Anstieg bei großen Werten von q^2∆
6.5.2 Auswertung mit dem erweiterten Zweibereichsmodell
6.5.3 Vergleich der beiden Auswertungsmethoden und Diskussion der Ergebnisse
7 Zusammenfassung und Ausblick
A Anhang / The diffusion of water in the zeolitic silicoaluminophosphate SAPO-34 and the metal-organic frameworks aluminum fumarate, MIL-100(Al) and CAU-10-H was studied by means of pulsed field gradient nuclear magnetic resonance. These microcrystalline nanoporous host systems are promising materials for adsorptive heat transformation applications. The diffusion of water in aluminum fumarate and in MIL-100(Al) is influenced by an exchange between the intracrystalline pore space and the intercrystalline void space. For the evaluation of the data the two-site exchange model was extended to the cases of restricted (MIL-100(Al)) and anisotropic (aluminum fumarate) intracrystalline diffusion. By means of numerical integration this method allows a consistent description of the NMR data and yields information about the intracrystalline diffusion and the mean residence times of the molecules.:1 Einleitung und Motivation
2 Ausgewählte kristalline nanoporöse Wirtsysteme
2.1 Silicoaluminophosphat SAPO-34
2.2 Aluminiumfumarat
2.3 Aluminiumisophthalat CAU-10-H
2.4 Aluminiumform des MIL-100
3 Grundlagen der verwendeten Methoden
3.1 Selbstdiffusion
3.1.1 Lösung der Diffusionsgleichung
3.1.2 Diffusion in Gasen
3.1.3 Diffusion als aktivierter Prozess
3.2 Kernspinresonanz
3.2.1 Phänomenologische Beschreibung
3.2.2 Diffusionsuntersuchungen mit gepulsten Feldgradienten
3.2.3 Impulsfolge des stimulierten Spin-Echos mit gepulsten Feldgradienten
4 Das Zweibereichsmodell und seine Weiterentwicklung
4.1 Das Zweibereichsmodell für isotrope Diffusion in beiden Bereichen
4.1.1 Schematische Darstellung des Modells
4.1.2 Mathematische Beschreibung des Modells
4.1.3 Gemittelter Diffusionskoeffizient und Zeitregime des Austauschs
4.2 Anisotrope Diffusion in der intrakristallinen Phase
4.2.1Allgemeine Beschreibung von anisotroper Diffusion in einer Schüttung
4.2.2 Anisotrope Diffusion in einem Zweibereichssystem
4.2.3 Über mehrere Austausche gemittelter Diffusionskoeffizient für anisotrope Diffusion
4.3 Behinderte intrakristalline Diffusion
4.3.1 Allgemeine Beschreibung von behinderter Diffusion
4.3.2 Behinderte Diffusion in einem Zweibereichssystem
4.3.3 Sonderfälle der behinderten Diffusion im Zweibereichsmodell
4.4 Numerische Näherung der Spin-Echo-Dämpfungskurven in Zweibereichssystemen
4.4.1 Allgemeine Näherung durch Riemann-Summe
4.4.2 Näherung unter Berücksichtigung der kurzen mittleren interkristallinen Aufenthaltszeiten
4.4.3 Abschätzung des Näherungsfehlers
5 Probenpräparation und Durchführung der PFG NMR-Experimente
5.1 Synthese und Charakterisierung
5.1.1 Silicoaluminophosphat SAPO-34
5.1.2 Aluminiumfumarat
5.1.3 Aluminiumisophthalat CAU-10-H
5.1.4 Aluminiumform des MIL-100
5.2 Probenvorbereitung und 1H-Relaxometrie
5.3 Diffusionsmessungen bei kurzen transversalen Relaxationszeiten
5.4 Durchführung der NMR-Diffusionsuntersuchungen
5.4.1 Allgemeine Durchführung
5.4.2 Wasser in SAPO-34-Kristallen
5.4.3 Wasser in großen Al-FUM-Kristallen
5.4.4 Wasser in einer binderbasierten Schicht von kleinen Al-FUM-Kristallen
5.4.5 Wasser in CAU-10-H-Kristallen
5.4.6 Wasser in MIL-100(Al)-Kristallen
6 Selbstdiffusion von Wasser in den porösen Wirtsystemen
6.1 Selbstdiffusion in SAPO-34
6.2 Selbstdiffusion in großen Al-FUM-Kristallen
6.2.1 Auswertung mit dem Modell der anisotropen Diffusion
6.2.2 Auswertung mit dem für anisotrope Diffusion erweiterten Zweibereichsmodell
6.2.3 Diskussion der ermittelten Selbstdiffusionskoeffzienten
6.3 Selbstdiffusion in einer Schicht von Al-FUM-Kristallen
6.4 Selbstdiffusion in CAU-10-H
6.5 Selbstdiffusion in MIL-100(Al)
6.5.1 Auswertung über den Anstieg bei großen Werten von q^2∆
6.5.2 Auswertung mit dem erweiterten Zweibereichsmodell
6.5.3 Vergleich der beiden Auswertungsmethoden und Diskussion der Ergebnisse
7 Zusammenfassung und Ausblick
A Anhang
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:32705 |
| Date | 16 January 2019 |
| Creators | Splith, Tobias |
| Contributors | Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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