Maßgeschneiderte kapillare Nanofiltrationsmembranen

#Nanofiltration #Hohlfasermembran #Layer-by-Layer Beschichtungstechnik #Polyelektrolyt-Multilayer
Auf der Grafik sind vier Bilder zu sehen. Es handelt sich um Rasterelektronenmikroskop (REM) Aufnahmen vom Querschnitt hergestellter kapillaren Nanofiltrationsmembranen. Auf dem Bild oben links ist der Querschnitt einer Kapillaren ohne Beschichtung zu sehen. Dieses hat die geringste Auflösung. Die Referenzlänge beträgt 500 µm. Auf den anderen Bildern sind Querschnitte von den hergestellten Nanofiltrationsmembranen dargestellt, diese sind wesentlich höher aufgelöst. Man sieht jeweils ein Bild von einer Membran mit 2 Polyelektrolytmultischichten und mit 4 Polyelektrolytmultischichten, bei diesen beträgt die Referenzlänge 5µm. Auf dem letzten Bild ist ein Membran mit 16 Polyelektrolytmultischichten dargestellt. Hier beträgt die Referenzlänge 0,5µm.
Rasterelektronenmikroskop (REM) Aufnahmen vom Querschnitt hergestellter kapillaren Nanofiltrationsmembranen mit unterschiedlichen Polyelektrolytmultischichten auf der Lumenseite.

Kapillarmembranen erhalten mittels der Layer-by-Layer Beschichtungsmethode eine selektive Trennschicht aus geladenen Polymerkomponenten, Polyelektrolyten. Durch die Wahl geeigneter Beschichtungsparameter entstehen kapillare Membranen mit maßgeschneiderten Nanofiltrationseigenschaften z.B. für die Phosphat Rückgewinnung.

Ein global stark steigender Wasserbedarf bei gleichzeitig zunehmender Wasserknappheit erfordert die Behandlung und Aufreinigung von verschiedensten Abwasserströmen. Die Nanofiltration stellt eine wichtige Filtrationstechnologie zur Behandlung von organischen und salzhaltigen Abwässern dar. Mit der Nanofiltration können organische Komponenten mit kleinem Molekulargewicht zurückgehalten sowie ein- und zweiwertige Salzionen voneinander getrennt werden. Dies ermöglicht eine vergleichsweise energiesparsame Aufreinigung von Abwässern sowie die Rückgewinnung von wertvollen Komponenten wie Phosphat.

 

Derzeit werden Nanofiltrationsmembranen hauptsächlich als Flachmembranen in Spiralwickelmodulen eingesetzt. Im Vergleich zu tubulären Kapillarmembranmodulen haben diese Nachteile. Spiralwickelmodule sind nicht rückspülbar und Abstandshalter in den Membranmodulen sind anfällig für sogenanntes Fouling, wodurch die Lebenszeit reduziert wird.

 

Im Rahmen des Projekts „EfflueNF“ wurden Kapillarmembranen mit maßgeschneiderten Nanofiltrationseigenschaften entwickelt. Mit der Layer-by-Layer Methode erhielten kommerziell verfügbare Kapillarmembranen (Pentair) Polyelektrolyt-Beschichtungen. Die Membranen zeigten ähnliche und sogar höhere Rückhalte für zweiwertige Salze im Vergleich zu kommerziell verfügbaren Membranen. Es wurde zudem gezeigt, dass die Membranen bei Rückspülung sowie chemischer Reinigung stabil sind. Diese Eigenschaften beweisen die Einsetzbarkeit des Produkts.

 

Die erzielten Ergebnisse im Projekt EfflueNF zeigen, dass das Layer-by-Layer Beschichtungsverfahren die maßgeschneiderte Herstellung von kapillaren Nanofiltrationsmembranen für die Phosphatabtrennung ermöglicht. Neben der Phosphatabtrennung gibt es weitere Trennprozesse, die mit maßgeschneiderten kapillaren Nanofiltrationsmembranen realisiert und effizient durchgeführt werden könnten.

Wasser­ressource: Abwasser, Aufbereitetes Wasser, Grundwasser, Oberflächenwasser, Prozesswasser, Regenwasser, Salzwasser, Trinkwasser
Produkttyp:
  • Technologien & Verfahren
TRL: 4
    TRL (Technology Readiness Level)
  • TRL 1 - Grundprinzipien beobachtet
  • TRL 2 - Technologiekonzept formuliert
  • TRL 3 - Experimenteller Nachweis des Konzepts
  • TRL 4 - Technologie im Labor überprüft
  • TRL 5 - Technologie in relevanter Umgebung überprüft (bei Schlüsseltechnologien im industrieorientierten Umfeld)
  • TRL 6 - Technologie in relevanter Umgebung getestet (bei Schlüsseltechnologien im industrieorientierten Umfeld)
  • TRL 7 - Test eines System-Prototyps im realen Einsatz
  • TRL 8 - System ist komplett und qualifiziert
  • TRL 9 - System funktioniert in operationeller Umgebung (bei Schlüsseltechnologien oder Raumfahrt wettbewerbsfähige Fertigung)
Anwendungs­sektor: Industrie, Landwirtschaft, Naturraum Wasser, Städte und Kommunen, Wasserwirtschaft
Fördermaßnahme: DE-IL-WaTec
Projekt: EfflueNF

Kontakt und Partner


  • Rwth-Aachen, Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik,
  • Forckenbeckstr. 51,
  • 52074 Aachen
http://www.avt.rwth-aachen.de
Prof. Dr.-Ing. Matthias Wessling

Zuckerberg Institute for Water Research, Department of Desalination and Water Treatment, Ben-Gurion University of the Negev,
Ben Gurion
Pentair | X Flow B.V.

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