Computersimulation und analytische Untersuchungen zum Einfluss der Kristallgrenze auf den Austausch von Gastmolekülen zwischen Zeolith-Nanokristallen und der Umgebung

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Diffusionsvorgänge im Inneren von Zeolithen sind schon vielfach untersucht worden [1-4]. Dagegen ist die Rolle von Grenzeffekten im Übergangsgebiet Adsorbent/Gasphase als Teil der intrakristallinen Diffusion bisher unzureichend erforscht. Der Stofftransport in solchen Gebieten unterscheidet sich erheblich von der intrakristallinen Diffusion. [5]. Ein Beispiel, bei dem solche Effekte eine besonders große Rolle spielen, ist die Single-File Diffusion [6, 7]. Single-File Diffusion ist ein Phänomen, das oft in Zeolithsystemen auftritt, wenn Moleküle in Kanälen diffundieren, deren Durchmesser nur wenig über dem Teilchendurchmesser liegt. Solche Randeffekte wurden bisher noch nicht genauer untersucht, obwohl sie, insbesondere bei relativ kurzen Kanälen, wie sie etwa im Fall von industriellen Membranen (kleine Kristallite) auftreten, den Teilchenfluss deutlich beeinflussen können. Damit könnte dieser Effekt für technische Anwendungen wichtig sein. Im vorgeschlagenen Projekt sollen derartige Effekte bei normaler Diffusion und bei Single-File Diffusion mittels Molekulardynamische Simulationen, dynamischem Monte Carlo Simulationen und analytischer Behandlung untersucht werden. Der Bezug zu realen Systemen soll durch Molekulardynamische Simulationen von porösen Materialen mit geraden Kanälen (beispielsweise AFI) hergestellt werden, in denen sich relativ einfach strukturierte Moleküle geeigneter Größe (wie z.B. Isobutan oder Neopentan) bewegen.