Design of Functional Membranes by Anodization of Valve Metals

Abstract

Thema dieser Forschungsarbeit ist die Herstellung mesoporöser Oxid-Membranen aus Aluminium, Titan und Vanadium durch einen elektrochemischen Oxidationsprozess (Anodisierung). Die vielstufigen Synthesewege für die Erzeugung der Oxide wurden hinsichtlich Zuverlässigkeit und Effizienz verbessert. Die anodischen Oxide von Titan (ATO) und Aluminium (AAO) wurden optimiert für den Einsatz in der Filtration, anodisches Vanadiumoxid (AVO) wurde mit dem Ziel einer katalytischen Membran entwickelt. Alle beabsichtigten Filtereigenschaften wurden mit AAO-Membranen erreicht und bis zu einer Fläche von 7 cm² demonstriert: dünn, mechanisch stabil und selbsttragend, gleichmäßig hochporös über die gesamte Oberfläche und bedingt durch den Selbstordnungsprozess mit einer engen Porengrößenverteilung. ATO fehlt aufgrund seines tubularen Aufbaus lediglich die notwendige mechanische Stabilität. Schlüssel zum Erfolg war in beiden Syntheserouten die Wahl des Schritts zum Öffnen der Poren. Elektrochemische Prozeduren erwiesen sich hier den konventionellen nasschemischen Ätzmethoden überlegen. Die Geometrie der Poren der AAO-Membranen wurde erstmals tiefergehend untersucht. Außerdem wurde die Stabilität der Membranen gegen Druck und deren Filtrationseigenschaften erfolgreich demonstriert. Nanopartikel wurden hinsichtlich ihrer Größe und Oberflächenladung getrennt. Darüber hinaus beschreibt diese Arbeit die erst zweite bekannte Herstellungsmethode von geordnet porösem AVO. Eine detaillierte XPS-Untersuchung ergab eine Mischung aus hauptsächlich Vanadium(V) und (IV). Die katalytische Aktivität des Oxids wurde in einem Peroxidase-Aktivitäts-Test bestätigt.