Zeolitische membranen

r. Freek Kapteijn (DCT/Catalysis Engineering)

Tussenstand: Halverwege

“In onze onderzoeksgroep houden we ons onder meer bezig met het maken van keramische membranen. Deze kunnen gebruikt worden bij het scheiden van stoffen en vormen een alternatief voor bijvoorbeeld destillatie, een scheidingsproces dat veel energie kost. Ook kunnen we het membraan integreren in een chemische reactor om de effectiviteit van katalytische processen te verbeteren.

Wij maken deze membranen van zeolieten. Dit zijn kristallijne materialen, opgebouwd uit silicium-, aluminium- en zuurstofatomen. Kenmerkend voor de structuur van zeolieten is dat deze poreus en zeer geordend is: ze bestaan uit gaatjes met allemaal precies dezelfde grootte. Met een zeolitisch membraan kun je stoffen op moleculair niveau van elkaar scheiden, omdat sommige moleculen wel door de gaatjes passen en andere niet. Het voordeel van deze keramische membranen is dat deze . in tegenstelling tot veel andere membranen . stabiel blijven als ze blootstaan aan hoge temperaturen en als ze in contact komen met agressieve stoffen. Dat is van groot belang voor toepassing binnen chemische processen.

Er zijn veel verschillende soorten zeolieten, allemaal met specifieke eigenschappen. Je kunt daarom een breed scala aan membranen maken en die membranen kun je dus weer gebruiken voor uiteenlopende toepassingen.

Het onderzoek naar zeolitische membranen is relatief jong. De nadruk ligt meestal op het maken van nieuwe soorten membranen of het verbeteren van bestaande. Ik probeer juist een meer gedetailleerde studie te maken van een specifiek membraan. Wat kunnen we er allemaal mee en hoe werkt het?

In mijn promotieonderzoek houd ik me onder meer bezig met aardgaszuivering. Veel aardgasvelden bevatten naast methaan ook grote hoeveelheden koolstofdioxide. Koolstofdioxidemoleculen zijn net wat kleiner dan methaanmoleculen en hierdoor kunnen we die moleculen met behulp van een zeolitisch membraan heel goed scheiden. De koolstofdioxidemoleculen gaan makkelijk door het membraan heen, terwijl de methaanmoleculen nauwelijks in de poriën passen. De toepassing van een zeolitisch membraan in zo’n scheidingsproces is hierdoor heel effectief. Naast deze toepassing onderzoek ik ook hoe ditzelfde membraan, DD3R genaamd, gebruikt kan worden in katalytische processen, bijvoorbeeld bij de productie van waterstof.

Tot nu toe heb ik al best goede resultaten geboekt, maar tijdens de eerste jaren ben je toch veel aan het lezen en aan het voorbereiden. Ik verwacht vooral tijdens de laatste twee jaar veel interessante uitkomsten.” (SS)

Naam: ir. Johan van den Bergh

Leeftijd: 26

Nationaliteit: Nederlandse

Onderwerp: Toepassing van een DD3R (keramisch) membraan in scheiding en katalytische processen

Promotor: Prof.dr. Freek Kapteijn (DCT/Catalysis Engineering)

Tussenstand: Halverwege

“In onze onderzoeksgroep houden we ons onder meer bezig met het maken van keramische membranen. Deze kunnen gebruikt worden bij het scheiden van stoffen en vormen een alternatief voor bijvoorbeeld destillatie, een scheidingsproces dat veel energie kost. Ook kunnen we het membraan integreren in een chemische reactor om de effectiviteit van katalytische processen te verbeteren.

Wij maken deze membranen van zeolieten. Dit zijn kristallijne materialen, opgebouwd uit silicium-, aluminium- en zuurstofatomen. Kenmerkend voor de structuur van zeolieten is dat deze poreus en zeer geordend is: ze bestaan uit gaatjes met allemaal precies dezelfde grootte. Met een zeolitisch membraan kun je stoffen op moleculair niveau van elkaar scheiden, omdat sommige moleculen wel door de gaatjes passen en andere niet. Het voordeel van deze keramische membranen is dat deze . in tegenstelling tot veel andere membranen . stabiel blijven als ze blootstaan aan hoge temperaturen en als ze in contact komen met agressieve stoffen. Dat is van groot belang voor toepassing binnen chemische processen.

Er zijn veel verschillende soorten zeolieten, allemaal met specifieke eigenschappen. Je kunt daarom een breed scala aan membranen maken en die membranen kun je dus weer gebruiken voor uiteenlopende toepassingen.

Het onderzoek naar zeolitische membranen is relatief jong. De nadruk ligt meestal op het maken van nieuwe soorten membranen of het verbeteren van bestaande. Ik probeer juist een meer gedetailleerde studie te maken van een specifiek membraan. Wat kunnen we er allemaal mee en hoe werkt het?

In mijn promotieonderzoek houd ik me onder meer bezig met aardgaszuivering. Veel aardgasvelden bevatten naast methaan ook grote hoeveelheden koolstofdioxide. Koolstofdioxidemoleculen zijn net wat kleiner dan methaanmoleculen en hierdoor kunnen we die moleculen met behulp van een zeolitisch membraan heel goed scheiden. De koolstofdioxidemoleculen gaan makkelijk door het membraan heen, terwijl de methaanmoleculen nauwelijks in de poriën passen. De toepassing van een zeolitisch membraan in zo’n scheidingsproces is hierdoor heel effectief. Naast deze toepassing onderzoek ik ook hoe ditzelfde membraan, DD3R genaamd, gebruikt kan worden in katalytische processen, bijvoorbeeld bij de productie van waterstof.

Tot nu toe heb ik al best goede resultaten geboekt, maar tijdens de eerste jaren ben je toch veel aan het lezen en aan het voorbereiden. Ik verwacht vooral tijdens de laatste twee jaar veel interessante uitkomsten.” (SS)