Development of approaches for the simulation of slow multicomponent diffusion of technically relevant molecules in microporous solids - zeolith and carbon nanotubes as an example.

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Diffusion, Adsorption und Reaktion in porösen Medien sind in der chemischen Verfahrenstechnik von herausragender Bedeutung. Bisher wurden ganz überwiegend nur kleinere Moleküle und Atome, wie z. B. Argon, Methan, Tetrafluorkohlenstoff oder Ethan, als diffundierende und adsorbierende Stoffe in porösen Medien, insbesondere Zeolithen, verwendet. Technisch bedeutend sind jedoch zumeist langkettige Moleküle, wie z. B. Alkane mit und ohne Verzweigung, deren Berechnung ihrer Diffusionskoeffizienten eine besondere Herausforderung darstellt. Der Grund liegt darin, dass sie u. U. extrem langsam diffundieren, was dazu führt, dass ein konventionelle Moleküldynamik-Simulation über lange Zeit nur Bewegungen der Molekül in Käfigen berechnet. Der Durchgang durch "Fenster" in einen benachbarten Käfig ist durch eine hohe Barriere der freien Energie behindert. Das Projekt ziel im wesentlichen darauf ab, für diese technisch wichtige noch ungelöste Problemstellung Methoden zu entwickeln. Es wird eine Kombination aus "Rare-Event"-Methoden, ConfigurationalBias-Monte-Carlo(CBMC)-Ansätzen und kinetischen Monte-CarloVerfahren vorgeschlagen. Das Verfahren soll so weit entwickelt werden, dass es in Kombination mit Stefan-Maxwell-Ansätzen zu technischen Auslegungen taugt. Darüber hinaus sollen die Rechenergebnisse durch Simulationen in geeigneten Porennetzwerken qualitativ gedeutet werden. Abschließend sollen Reaktionen in Zeolithen und Kohlenstoff-Nanoröhrchen behandelt werden.