DE102005005467A1 - Verbunde keramischer Hohlfasern, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung - Google Patents

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Abstract

Beschrieben werden Verbunde, umfassend mindestens eine Hohlfaser aus Gas- oder Flüssigkeits-transportierendem keramischem Material, deren äußere Oberfläche mit der äußeren Oberfläche der gleichen oder einer anderen Hohlfaser in Kontakt steht und die Kontaktstellen durch Sintern verbunden sind. DOLLAR A Weitere Verbunde umfassen mindestens eine Hohlfaser aus Gas- oder Flüssigkeits-tranportierendem keramischem Material und an mindestens einer Stirnfläche ein Anschlusselement für die Zu- oder Abführung von Fluiden, wobei Hohlfasern mit dem Anschlusselement durch Sintern verbunden sind. DOLLAR A Die Verbunde lassen sich zur Gewinnung von Gasen aus Gasgemischen einsetzen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verbunde aus keramischen Hohlfasern, die sich insbesondere für Flüssig- und Gasfiltrationen, zum Beispiel Hochtemperaturanwendungen, wie Gastrennungen, mit Ausnahme der Sauerstoffabtrennung, eignen und die eine besonders hohe Stabilität aufweisen.
  • Keramische Hohlfasern sind an sich bekannt. Deren Herstellung wird beispielsweise in der US-A-4, 222, 977 oder in der US-A-5, 707, 584 beschrieben.
  • S. Liu, X. Tan, K. Li und R. Hughes berichten in J. Mem.Sci. 193(2001) 249–260, über die Herstellung von keramischen Membranen und Hohlfasern aus SrCe0,95Yb0,05O2,975. Es wurden gasdichte Hohlfasern hergestellt und deren mechanische Eigenschaften sowie deren Mikrostruktur untersucht.
  • In CIMTEC 2002, S. 249–258 berichtet J. Luyten über die Herstellung keramischer perowskitischer Fasern. Es werden Hohlfasern aus La0,6Sr0,4Co0,8Fe0,2O3-δ beschrieben.
  • Membranen aus keramischen Materialien lassen sich porös oder gasdicht herstellen, andererseits weisen ausgewählte keramische Materialien eine Gaspermeabilität auf und lassen sich daher zur Trennung von Gasen aus Gasgemischen einsetzen. Mögliche Anwendungen derartiger Keramiken sind insbesondere Hochtempera turanwendungen, wie z.B. die Gastrennung oder auch neuartige Membranreaktoren.
  • Die bekannten Verfahren zur Herstellung keramischer Hohlfasern umfassen einen Spinnprozess, bei dem in einem ersten Schritt elastische Grünfasern aus einer verspinnbaren Masse enthaltend Vorläufer des keramischen Materials und Polymer hergestellt werden. Der Polymeranteil wird anschließend bei hohen Temperaturen verbrannt und es entstehen rein keramische Hohlfasern.
  • Beim Verspinnen erfolgt ein Phaseninversionsprozess und es resultieren im ersten Schritt in der Regel poröse Membranen. Diese können über eine kontrollierte Temperatursteuerung auch dicht gebrannt werden.
  • Die auf diese Weise hergestellten Fasern sind mechanisch vergleichsweise stabil; allerdings zeigen sie natürlich die für keramische Materialien typische Sprödigkeit und Bruchempfindlichkeit.
  • Es wurde nun überraschend gefunden, dass keramische Hohlfasern aus ausgewählten Materialien mit anderen Formteilen oder mit weiteren keramischen Hohlfasern zu komplexeren Strukturen kombiniert werden können und sich durch Sintern verbinden lassen. Dieses kann ohne den Einsatz von temporären Klebmitteln erfolgen. Es entstehen Strukturen mit deutlich höherer Stabilität, deren Handhabung, insbesondere auch im Hinblick auf Sicherheitserwägungen, wesentlich verbessert ist.
  • Die vorliegende Erfindung beruht unter anderem auf der überraschenden Erkenntnis, dass Vorläufer ausgewählter keramischer Materialien beim Erhitzen an den Kontaktstellen mit anderen Materialien sehr effizient zusammensintern, ohne dass dafür der Einsatz eines Hilfsmittels, wie eines Klebstoffes oder eines Schlickers, erforderlich wäre.
    •
  • Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Problem ist die Bereitstellung von Strukturen aus ein oder mehreren keramischen Hohlfasern oder aus keramischen Hohlfasern mit anderen Formteilen, wobei sich diese Strukturen durch eine besonders hohe Stabilität und eine verbesserte Handhabbarkeit auszeichnen.
  • Ein weiteres technisches Problem der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von einfach durchzuführenden Verfahren zur Herstellung dieser stabilitätsverbesserten Strukturen, bei denen übliche Vorrichtungen zur Herstellung keramischer Formkörper eingesetzt werden können.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbund umfassend mindestens eine Hohlfaser aus einem Gas- oder Flüssigkeitstransportierendem keramischem Material, deren äußere Oberfläche mit der äußeren Oberfläche der gleichen Hohlfaser oder einer anderen Hohlfaser aus Gas- oder Flüssigkeits-transportierendem keramischem Material in Kontakt steht und die Kontaktstellen durch Sintern verbunden sind.
  • Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung betrifft einen Verbund umfassend mindestens eine Hohlfaser aus Gas- oder Flüssigkeitstransportierendem keramischem Material, und mindestens einem, an einer, vorzugsweise an beiden Stirnflächen der Hohlfaser angeordneten Anschlusselement(en) für die Zu- oder Abführung von Fluiden, wobei die Hohlfaser mit dem mindestens einen Anschlusselement durch Sintern verbunden ist.
  • Derartige erfindungsgemäße Verbunde zeichnen sich durch eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Stabilität bei möglichst dünnen Wänden und großer spezifischer Oberfläche aus.
  • Die erfindungsgemäß eingesetzten Hohlfasern können beliebige Querschnitte aufweisen, beispielsweise eckige, ellipsenförmige oder insbesondere kreisförmige Querschnitte.
  • Unter Hohlfasern sind im Rahmen dieser Beschreibung Gebilde zu verstehen, die einen hohlen Innenraum aufweisen und deren äußere Dimensionen, also Durchmesser oder lineare Dimensionen beliebig sein können.
  • Unter dem Begriff Hohlfasern sind im Rahmen dieser Beschreibung neben der klassischen Bedeutung dieses Begriffes auch Kapillaren mit äußeren Durchmessern von 0,5 bis 5 mm sowie Rohre mit äußeren Durchmessern von mehr als 5 mm zu verstehen.
  • Bevorzugte äußere Durchmesser oder lineare Dimensionen der Hohlfasern bewegen sich im Bereich von bis zu 5 mm. Besonders bevorzugt eingesetzt werden Hohlfasern mit Außendurchmessern von kleiner als 3 mm.
  • Unter Hohlfasern sind im Rahmen dieser Beschreibung Hohlfasern mit beliebigen Längen zu verstehen. Beispiele dafür sind hohle Monofilamente oder hohle Stapelfasern (Monofilamente endlicher Länge).
  • Die erfindungsgemäßen Verbunde können beliebige Kombinationen von keramischen Hohlfasern aus Gas- oder Flüssigkeitstransportierendem keramischen Material darstellen.
  • So lassen sich beispielsweise die folgenden Verbunde herstellen:
    • • mehrere Hohlfasern in Längskontakt angeordnet in einer Ebene
    • • mehrere Hohlfasern geflochten oder miteinander verdrillt
    • • mehrere Hohlfasern zu einem Monolith kombiniert (Multikanalelement aus Hohlfasern)
  • Durch die Flexibilität und Elastizität der Grünfasern, bei denen der Anteil der keramischen (Vorläufer)phase nicht zu hoch ist, sind viele weitere Geometrien möglich. Die Fasern behalten durch diese Strukturgebung ihre ursprüngliche Funktionalität, dass heisst ihre Flüssigkeits- beziehungsweise Gaspermeabilität.
  • Solche Verbunde können dann weiter zu Membranmodulen zusammengefügt werden. Diese Systeme sind insbesondere zum Einsatz bei Hochtemperaturanwendungen geeignet, zum Beispiel in der Gastrennung oder auch als Komponenten von Membranreaktoren.
  • Die erfindungsgemäß eingesetzten Hohlfasern lassen sich durch einen an sich bekannten Spinnprozess herstellen. Dabei kann es sich um ein Lösungsspinnverfahren, wie Trocken- oder Nassspinnen, handeln oder um ein Schmelzspinnverfahren.
  • Die zu verspinnende Masse umfasst neben dem feinteiligen keramischen Material oder dessen Vorläufer ein verspinnbares Polymer.
  • Der Gehalt an verspinnbarem Polymer in der zu verspinnenden Masse kann in weiten Bereichen schwanken, beträgt jedoch typi scherweise 2 bis 30 Gew. %, vorzugsweise von 5 bis 10 Gew. %, bezogen auf die gesamte zu verspinnende Masse oder Spinnlösung.
  • Der Gehalt an feinteiligem keramischen Material oder an dessen Vorläufer in der zu verspinnenden Masse kann ebenfalls in weiten Bereichen schwanken, beträgt jedoch typischerweise 20 bis 90 Gew. %, vorzugsweise von 40 bis 60 Gew. %, bezogen auf die gesamte zu verspinnende Masse oder Spinnlösung.
  • Der Gehalt an Lösungsmittel in der zu verspinnenden Masse kann in weiten Bereichen schwanken, beträgt jedoch typischerweise 10 bis 80 Gew. %, vorzugsweise von 35 bis 45 Gew. %, bezogen auf die gesamte Spinnlösung.
  • Art und Menge von verspinnbarem Polymer und feinteiligem keramischem Material oder dessen Vorläufer werden vorzugsweise so gewählt, dass gerade noch verspinnbare Massen erhalten werden, wobei der Gehalt an verspinnbarem Polymer möglichst niedrig zu wählen ist.
  • Das Verspinnen erfolgt durch Extrudieren der Spinnlösung oder der erhitzten und plastifizierten Spinnmasse durch eine Ringdüse, gefolgt von Abkühlen in Luft und/oder Einbringen in ein Fällbad, das ein für das in der Spinnmasse eingesetzte Polymer Nichtlösemittel enthält.
  • Danach kann die erhaltene grüne Hohlfaser weiteren Bearbeitungsschritten unterzogen werden, beispielsweise Schneiden zu Stapeln oder Aufwickeln zur Zwischenlagerung.
  • In einem sich an die Ausformung anschließenden Verarbeitungsschritt wird die erhaltene grüne Hohlfaser zu dem gewünschten Verbund kombiniert.
  • Dabei kann es sich um die Kombination mehrerer gleicher oder auch unterschiedlicher grüner Hohlfasern handeln oder auch um die Kombination von ein oder mehreren grünen Hohlfasern mit an deren Stirnfläche oder Stirnflächen angeordneten mindestens einem Anschlusselement für die Zu- oder Abführung von Fluiden, wie Flüssigkeiten oder insbesondere von Gasen.
  • Die Kombination der grünen Hohlfasern kann durch beliebige Techniken erfolgen. Beispiele dafür sind die manuelle Kombination, wie das Nebeneinanderlegen von parallel zueinander verlaufenden Hohlfasern, aber auch textile flächenbildende Techniken, wie das Herstellen von Gestricken, Geweben, Gelegen, Gewirken, Geflechten oder von verdrillten Gebilden.
  • Nach der Herstellung des Verbundes der grünen Hohlfaser(n) wird das Polymer in an sich bekannter Weise durch thermische Behandlung entfernt. Dieser Schritt umfasst auch das Ausbilden einer Keramik aus dem Vorläufer für das keramische Material und/oder ein Zusammensintern der feinteiligen keramischen Teilchen. Durch die Auswahl der Behandlungsparameter, wie Temperaturprogramm und Atmosphäre, lassen sich die Eigenschaften der entstehenden Keramik in der dem Fachmann bekannten Weise steuern.
  • Die erfindungsgemäß zu Verbunden kombinierten Hohlfasern bestehen aus Gas- oder Flüssigkeits-transportierendem keramischem Material. Derartige Materialien sind an sich bekannt.
  • Das erfindungsgemäß eingesetzte keramische Material ist ein Gas- oder Flüssigkeits-transportierendes keramisches Material. Es kann sich dabei um übliche Keramiken oder Oxidkeramiken, wie Al2O3, ZrO2, TiO2 oder auch SiC handeln. Darüber hinaus können auch Funktionskeramiken wie Perowskite oder sonstige Flüssigkeit- oder Gas-leitende Keramiken eingesetzt werden. Vom Gegenstand dieser Lehre ausgenommen sind jedoch Sauerstoff-leitende beziehungsweise -transportierende Keramiken.
  • Selbstverständlich können auch makroskopische Gemische verschiedener Keramiken eingesetzt werden, zum Beispiel Al2O3-Partikel kombiniert mit TiO2-Partikeln. Darüber hinaus können auch atomare Gemische eingesetzt werden, dass heisst bestimmte Kristallgitterplätze einer Keramik werden durch andere Atome ersetzt. Die Erfindung betrifft daher auch dotierte Keramiken, zum Beispiel Ydotiertes Zirkonoxid.
  • Darüber hinaus können erfindungsgemäß auch Komposite eingesetzt werden, dass heisst Kombinationen von Keramiken, mit zum Beispiel Metallen oder Kombinationen von Keramiken mit Keramik- oder Metallbeschichtungen, beispielsweise Spinell-Nanopartikel, die zur Einstellung der Porengröße auf Keramiken geschichtet werden, oder Wasserstoff-leitende Pd-Legierungen, die auf die Keramiken geschichtet werden.
  • Die erfindungsgemäß eingesetzten Keramiken können porös, dass heisst insbesondere mikro- oder nanoporös, oder gasdicht sein.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Verbunde umfassend die Maßnahmen:
    • i) Herstellung einer grünen Hohlfaser durch Extrudieren einer Zusammensetzung enthaltend neben einem Polymer eine Keramik, insbesondere Oxidkeramik, oder einen Vorläufer für eine Keramik, durch eine Ringdüse in an sich bekannter Weise,
    • ii) Erzeugen eines grünen Verbundes aus einer oder mehreren der in Schritt i) hergestellten grünen Hohlfasern durch Herstellung von Kontakten zwischen der oder den äußeren Oberfläche(n) der grünen Hohlfaser(n), und
    • iii) thermische Behandlung des in Schritt ii) erzeugten grünen Verbundes, um das Polymer zu entfernen, gegebenenfalls die Keramik, insbesondere Oxidkeramik, auszubilden und die Hohlfaser(n) an den Kontaktstellen durch Sintern zu verbinden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des oben definierten Verbundes umfassend die Maßnahmen:
    • i) Herstellung einer grünen Hohlfaser durch Extrudieren einer Zusammensetzung enthaltend neben einem Polymer eine Keramik, insbesondere Oxidkeramik, oder einen Vorläufer für eine Keramik, durch eine Ringdüse in an sich bekannter Weise,
    • iv) Erzeugen eines grünen Verbundes aus einer oder mehreren der in Schritt i) hergestellten grünen Hohlfasern und mindestens einem Anschlusselement für die Zu- oder Abführung von Fluiden an mindestens einer Stirnfläche der grünen Hohlfasern, und
    • v) thermische Behandlung des in Schritt iv) erzeugten grünen Verbundes, um das Polymer zu entfernen, gegebenenfalls die Keramik, insbesondere Oxidkeramik auszubilden und die Hohlfaser(n) und das mindestens eine Anschlusselement an den Kontaktstellen durch Sintern zu verbinden.
  • In den beiden vorgenannten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt die eingesetzte Keramik vor dem Spinnen in der gewünschten Struktur und Kristallinität vor. Es kann aber auch vorgesehen sein, den Extrusionsschritt (Schritt i) mit Keramik-Vorläufern durchzuführen und die Keramik erst während der thermischen Behandlung auszubilden (Schritte iii beziehungsweise v).
  • Außendurchmesser (Da) und Innendurchmesser (Di) der erfindungsgemäß hergestellten Hohlfasern können in weiten Bereichen schwanken. Beispiele für Da sind 0,1 bis 5 mm, insbesondere 0,5 bis 3 mm. Beispiele für Di sind 0,01 bis 4,5 mm, insbesondere 0,4 bis 2,8 mm.
  • Besonders bevorzugt werden Hohlfasern in Form von Monofilamenten hergestellt, deren Querschnittsform rund, oval oder n-eckig ist, wobei n größer gleich 3 ist.
  • Bei nichtrunden Faserquerschnitten ist unter Da die größte Dimension des äußeren Querschnitts und unter Di die größte Dimension des inneren Querschnitts zu verstehen.
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Hohlfasern können die für die Herstellung keramischer Fasern an sich bekannten Polymere verwendet werden. Dabei kann es sich grundsätzlich um jedes aus der Schmelze oder aus Lösung verspinnbare Polymer handeln. Beispiele dafür sind Polyester, Polyamide, Polysulfone, Polyarylensulfide, Polyethersulfone und Cellulose.
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Hohlfasern können die für die Herstellung keramischer Fasern an sich bekannten keramischen Massen, die eine Leitfähigkeit für das zu trennende Gas- oder Flüssigkeit aufweisen, oder Vorläufer davon verwendet werden. Beispiele für Gas- oder Flüssigkeits-transportierende keramische Massen sind bereits weiter oben erwähnt worden. Bei den Vorläufern dieser keramischen Massen kann es sich beispielsweise um Gemische handeln, die bei der Formgebung noch nichtkristallin oder teilkristallin vorliegen und die erst beim Sintern der Formen in die gewünschte Kristallstruktur übergehen.
  • Nach dem Verpressen der Spinnmasse durch eine Spinndüse wird die grüne Hohlfaser in ein Fällbad oder Kühlbad eingetragen, vorzugsweise in ein Wasserbad, und anschließend aufgewickelt.
  • Die Abzugsgeschwindigkeit beträgt üblicherweise 1 bis 100 m pro Minute, vorzugsweise 5 bis 20 m/min.
  • Die grünen Hohlfasern können neben den keramischen Materialien oder deren Vorläufern und den Polymeren noch weitere Hilfsstoffe enthalten. Beispiele dafür sind Stabilisatoren für den Schlicker, wie Polyvinylalkohol, Polyethylenglykol, Tenside, Ethylendiamintetraessigsäure oder Citronensäure, Zusätze zur Einstellung der Viskosität des Schlickers, wie Polyvinylpyrrolidon, oder Salze als Quellen für Kationen zum Dotieren der Keramik.
  • Nach der Herstellung der grünen Hohlfasern werden diese in der oben beschriebenen Weise zu Verbunden kombiniert, also mit anderen grünen Hohlfasern und/oder mit Zu- und Ableitungen für Fluide. Die Zu- und Ableitungen können Formkörper aus Metallen, Keramiken oder Vorläufern von Keramiken sein.
  • Anschließend werden die grünen Verbunde getempert. Dieses kann an der Luft oder in Schutzgasatmosphäre erfolgen. Temperaturprogramm und Sinterzeiten sind an den Einzelfall anzupassen. Dem Fachmann sind die einzustellenden Parameter dafür bekannt. Der Temperschritt führt zu einem Verdichten des grünen Vorläufers. Einerseits verschwindet das Polymer und andererseits schließen sich durch geeignet gewählte Temperbedingungen die Poren der entstehenden Keramik, so das bei Bedart auch gasdichte Verbunde erhalten werden können.
  • Die erfindungsgemäßen Verbunde lassen sich auf allen industriellen Gebieten einsetzen.
  • Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der oben beschriebenen Verbunde zur Gewinnung von bestimmten Gasen oder Flüssigkeiten aus Gas- oder Flüssigkeitsgemischen.
    •
  • Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne diese zu begrenzen. Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Beispiel 1: Herstellung einer grünen Hohlfaser
  • Ein keramisches Pulver der Zusammensetzung Al2O3 wurden mit Polysulfon (UDEL P-3500, Solvay und 1-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) (≥ 99,0 %, Merck) zu einem Schlicker verrührt. Dieser wurde anschließend in einer Kugelmühle homogenisiert.
  • Die auf diese Weise erhaltene Spinnmasse wurde durch eine Hohlkerndüse mit Außendurchmesser (Da) 1,7 mm und Innendurchmesser (Di) 1,2 mm versponnen. Dazu wurde die Spinnmasse in einen Druckbehälter eingefüllt und mit Stickstoff unter Druck gesetzt. Nach Öffnen des Hahns am Druckbehälter floss die Spinnmasse heraus und wurde durch die Hohlkerndüse verpresst. Der Grünfaserstrang wurde durch ein Fäll-Wasserbad geleitet und anschließend getrocknet.
  • Beispiel 2: Herstellung eines Verbundes aus keramischen Hohlfasern
  • Mehrere nach Beispiel 1 hergestellte Hohlfasern wurden parallel zueinander angeordnet, so dass sie sich jeweils entlang ihrer Außenmäntel berührten.
  • Dieser Verbund aus grünen Hohlfasern wurde 2 Stunden bei 1500°C in einem Ofen hängend gesintert.
  • Nach dem Sintern wurde ein zusammenhängender Verbund aus einzelnen Hohlfasern erhalten. Die einzelnen Hohlfasern besaßen eine Länge von 30 – 35 cm, sowie Durchmesser Da von 0,8 – 0,9 mm und Di von 0,5 – 0,6 mm.
  • Beispiel 3: Herstellung eines weiteren Verbundes aus keramischen Hohlfasern
  • Mehrere nach Beispiel 1 hergestellte Hohlfasern wurden manuell miteinander verflochten und nach der in Beispiel 2 beschriebenen Methode thermisch behandelt.
  • Nach dem Sintern wurde ein zusammenhängendes Geflecht aus einzelnen Hohlfasern erhalten.
  • Beispiel 4: Herstellung eines weiteren Verbundes aus keramischen Hohlfasern
  • Mehrere nach Beispiel 1 hergestellte Hohlfasern wurden auf der Oberfläche einer stabförmigen Form manuell so miteinander kombiniert, dass diese sich als rohrförmiges Multikanalelement anordneten, dessen einzelne Kapillaren parallel zueinander verlaufende Hohlfasern waren.
  • Das erhaltene grüne Mulikanalelement wurde nach der in Beispiel 2 beschriebenen Methode thermisch behandelt.
  • Der Innenraum des Multikanalelements war nach dem Sintern und Entfernen der stabförmigen Form leer. Es wurde ein Multikanalele ment aus parallel zueinander verlaufenden und zusammengesinterten Hohlfasern erhalten.
  • Beispiel 5: Herstellung eines weiteren Verbundes aus keramischen Hohlfasern
  • Mehrere nach Beispiel 1 hergestellte Hohlfasern wurden entlang der Oberfläche einer stabförmigen Form gewickelt, so dass diese sich als helixförmiges Multikanalelement anordneten, dessen einzelne Kapillaren sich entlang der Wendel einander berührten.
  • Das erhaltene grüne Mulikanalelement wurde nach der in Beispiel 2 beschriebenen Methode thermisch behandelt.
  • Der Innenraum des Multikanalelements war nach dem Sintern und Entfernen der stabförmigen Form leer. Es wurde ein Multikanalelement aus parallel und helixförmig zueinander verlaufenden, zusammengesinterten Hohlfasern erhalten.
  • Beispiel 6: Herstellung eines Verbundes aus keramischen Hohlfasern mit Anschlusselementen für die Zu- und Abführung von Gasen
  • Mehrere nach Beispiel 1 hergestellte Hohlfasern wurden manuell so miteinander kombiniert, dass diese sich in Form eines Multikanalelements anordneten, dessen einzelne Kapillaren parallel zueinander verlaufende Hohlfasern waren. Der Innenraum des Multikanalelements war im Querschnitt betrachtet vollständig mit Hohlfasern ausgefüllt.
  • An beiden Stirnseiten des grünen Multikanalelements wurden metallische Anschlusselemente für die Zu- und Ableitung von Gasen aufgesetzt.
  • Der erhaltene grüne Verbund wurde nach der in Beispiel 2 beschriebenen Methode thermisch behandelt.
  • Nach dem Sintern wurde ein Multikanalelement aus parallel zueinander verlaufenden und zusammengesinterten Hohlfasern erhalten, die eine Gaspermeabilität aufwiesen. Dieses Multikanalelement war an beiden Stirnseiten mit den metallischen Anschlusselementen durch Sintern fest verbunden.

Claims (23)

  1. Verbund umfassend mindestens eine Hohlfaser aus Gas- oder Flüssigkeits-transportierendem keramischem Material, deren äußere Oberfläche mit der äußeren Oberfläche der gleichen Hohlfaser oder einer anderen Hohlfaser aus Gas- oder Flüssigkeitstransportierendem keramischem Material in Kontakt steht und die Kontaktstellen durch Sintern verbunden sind, wobei Sauerstofftransportierende keramische Materialien ausgenommen sind.
  2. Verbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mehrere miteinander verflochtene oder verdrillte Hohlfasern aus Gas- oder Flüssigkeits-transportierendem keramischem Material aufweist.
  3. Verbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mindestens zwei parallel zueinander verlaufende Hohlfasern aus Gas- oder Flüssigkeits-transportierendem keramischem Material aufweist, deren Außenmäntel sich zumindest teilweise entlang ihrer Länge berühren und die an den Berührungsstellen durch Sintern verbunden sind.
  4. Verbund nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mehrere in Form eines rohrförmigen Multikanalelements angeordnete und parallel zueinander verlaufende Hohlfasern oder Rohre aufweist, deren Außenmäntel sich zumindest teilweise entlang ihrer Länge berühren und die an den Berührungslinien durch Sintern verbunden sind.
  5. Verbund nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern oder Rohre den Mantel eines rohrförmigen Multikanalelements ausbilden, dessen Innenraum hohl ist oder ein stabförmiges Verstärkungsmaterial aufweist.
  6. Verbund nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern oder Rohre entlang der Innenseite eines Rohres aus gasdichtem Material verlaufen.
  7. Verbund nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der hohle Innenraum des rohrförmigen Multikanalelements einen Katalysator aufweist.
  8. Verbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein oder mehrere Hohlfasern aufweist, die miteinander verwoben, verwirkt oder verstrickt sind.
  9. Verbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas- oder Flüssigkeits-transportierende keramische Material eine Oxidkeramik ist.
  10. Verbund umfassend mindestens eine Hohlfaser aus Gas- oder Flüssigkeits-transportierendem keramischem Material und an beiden Stirnflächen jeweils ein Anschlusselement für die Zu- oder Abführung von Fluiden, wobei die mindestens eine Hohlfaser mit den Anschlusselementen durch Sintern verbunden sind.
  11. Verbund nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mindestens zwei parallel zueinander verlaufende Hohlfasern aufweist, deren Außenmäntel sich zumindest teilweise entlang ihrer Länge berühren und an den Berührungsstellen durch Sintern verbunden sind.
  12. Verbund nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mehrere in Form eines rohrförmigen Multikanalelements angeordnete und parallel zueinander verlaufende Hohlfasern aufweist, deren Außenmäntel sich zumindest teilweise entlang ihrer Länge berühren und an den Berührungsstellen durch Sintern verbunden sind.
  13. Verbund nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern den Mantel eines rohrförmigen Multikanalelements ausbilden, dessen Innenraum hohl ist oder ein stabförmiges Verstärkungsmaterial aufweist.
  14. Verbund nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern entlang der Innenseite eines Rohres aus gasdichtem Material verlaufen.
  15. Verbund nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas- oder Flüssigkeits-transportierende keramische Material eine Oxidkeramik ist.
  16. Verbund nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidkeramik eine Perowskitstruktur oder eine Brownmilleritstruktur aufweist,
  17. Verfahren zur Herstellung des Verbundes nach Anspruch 1 umfassend die folgenden Verfahrensschritte, vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge: i) Herstellung einer grünen Hohlfaser durch Extrudieren einer Zusammensetzung enthaltend neben einem Polymer eine Keramik, insbesondere Oxidkeramik, oder einen Vorläufer für eine Keramik, durch eine Ringdüse in an sich bekannter Weise, ii) Erzeugen eines grünen Verbundes aus einer oder mehreren der in Schritt i) hergestellten grünen Hohlfasern durch Herstellung von Kontakten zwischen der oder den äußeren Oberfläche(n) der grünen Hohlfaser(n), und iii) thermische Behandlung des in Schritt ii) erzeugten grünen Verbundes, um das Polymer zu entfernen und den Kontakt zwischen den keramischen Hohlfasern sowie gegebenenfalls die Keramik, insbesondere Oxidkeramik, auszubilden.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrudieren nach dem Trockenspinnverfahren, dem Nassspinnverfahren oder dem Schmelzspinnverfahren erfolgt.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des Verbundes durch Flechten, Drillen, Weben, Wirken, Stricken der grünen Hohlfaser(n) oder durch Legen von parallel zueinander verlaufenden grünen Hohlfasern erfolgt.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die grünen Hohlfasern um ein stabförmiges Verstärkungselement oder um ein Rohr angeordnet werden.
  21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung des in Schritt ii) erzeugten grünen Verbundes bei Temperaturen im Bereich von 900 bis 1600°C erfolgt.
  22. Verfahren zur Herstellung des Verbundes nach Anspruch 10 umfassend die Maßnahmen: i) Herstellung einer grünen Hohlfaser durch Extrudieren einer Zusammensetzung enthaltend neben einem Polymer eine Keramik, insbesondere Oxidkeramik, oder einen Vorläufer für eine Keramik, durch eine Ringdüse in an sich bekannter Weise, iv) Erzeugen eines grünen Verbundes aus einer oder mehreren der in Schritt i) hergestellten grünen Hohlfasern und mindestens zwei Anschlusselementen für die Zu- oder Abführung von Fluiden an beiden Stirnflächen der grünen Hohlfasern, und v) thermische Behandlung des in Schritt iv) erzeugten grünen Verbundes, um das Polymer zu entfernen und den Kontakt zwischen den keramischen Hohlfasern und den Anschlusselementen sowie gegebenenfalls die Keramik, insbesondere Oxidkeramik, auszubilden.
  23. Verwendung des Verbundes nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zur Gewinnung von Gasen aus Gasgemischen oder zur Flüssigfiltration.
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