Membran-Wissen

Hätten Sie´s gewusst? Beiträge von Dr. Nico Scharnagl aus dem DGMT Ticker.

Wie u.a. Membrantechnik Weine beeinflusst

Wie u.a. Membrantechnik Weine beeinflusst

Weine, Rotwein ebenso wie Weißweine, müssen chemisch stabilisiert, also geschönt werden. Dazu wird ein Teil der im Wein enthaltenen Kolloide entfernt. Kolloide (vor allem Tannine, Anthocyane und andere Phenole sowie Proteine) sind feinste Schwebeteilchen. Sie sind häufig für den ausgefällten dichten Bodensatz in der Flasche verantwortlich. Nicht nur einfache Konsumweine auch hochwertige, feine Weine brauchen ein bestimmtes Maß an Schönung.

Geschönt wird mit tonhaltigen Mineralerden wie Bentonit und eiweißhaltigen Produkten, etwa Gelatine. Häufig wird auch frisches, aufgeschlagenes Hühnereiweiß ins Fass gegeben besonders bei feinen Weinen. Innerhalb weniger Minuten bindet es Tannine und Farbstoffe und bildet großflockige Kolloide, die sich leicht aus dem Wein entfernen lassen. Bentonit eignet sich vor allem, um Proteine zu binden, wird allerdings bei Rotweinen vorsichtig eingesetzt, weil es das Tannin angreift. Alle Schönungsmittel hinterlassen keine oder nur minimale Spuren im Wein. Nach einer EU-Lebensmittelrichtlinie müssen tierische Eiweiße ab 2005 jedoch auf dem Etikett angegeben sein.

Das Filtern des Weins ist eine weitere Möglichkeit, ihn zu stabilisieren. So wird Weißwein häufig schon beim Abstich von der Hefe, Rotwein nach dem Abzug von der Maische filtriert. Man benutzt dafür grobe Schichtenfilter, die aus Zellulose, Kieselgur (fossile Kieselalgen) oder Perlit bestehen glasartiger Filterstoff, überwiegend aus Aluminiumsilikat). Mit ihnen wird der Wein von seinen groben Bestandteilen befreit. Diese Filter ersetzen Siebe und Tücher, mit denen schon die Sumerer ihren Wein zu klären pflegten. Danach wird der Wein normalerweise erst wieder vor der Füllung gefiltert. Für diese Feinfiltration werden heute Membranfilter eingesetzt. Bei Weiß- und jungen Rotweinen ist eine Feinfiltration notwendig. Bei lange im Fass ausgebauten Rotweinen ist sie umstritten, weil der Wein sich durch Absetzen bereits weitgehend selbst geklärt hat. Einige Erzeuger hochwertiger Rotweine versuchen, ohne Filtration auszukommen, um den Wein nicht wichtiger Geschmacksträger zu berauben. Darin liegt immer das Risiko, dass der Wein sich später auf der Flasche unerwartet oder nicht optimal entwickelt.

Zu heftigen Diskussionen führen die seit einigen Jahren angewandten „Neuen ökologischen Verfahren“. Dazu gehören die Konzentrierungsverfahren; weinethische Grundsätze prallen auf marktwirtschaftliche Fragen, der Wunsch nach Chancengleichheit im internationalen Wettbewerb wird laut und ringt gegen den Fortbestand der nationalen Traditionen.


Abb 1: (C) Gadini

Eine Alternative zu den bisherigen Chaptalisierung mittels Saccharose oder dem Einsatz von Rektifiziertem Traubenmostkonzentrat (RTK) stellt die Mostkonzentrierung durch Wasserentzug dar, da neben dem Zuckergehalt auch alle übrigen Mostinhaltsstoffe aufkonzentriert werden.

Ein weiterer positiver Aspekt stellt die Konzentrierung der Aromakomponenten, die den Most dichter in der Struktur erscheinen lässt, und die Intensivierung der Farbe speziell bei Rotweinen dar.

Auf europäischer Ebene ist die Konzentrierung bereits zugelassen (Verordnung (EG) Nr. 1493/1999). Dabei kommen in der Regel drei Verfahren zum
Einsatz:
• Vakuumverdampfung
• Gefrierkonzentrierung
• Umkehrosmose

Aber nicht nur bei der Konzentrierung spielt die Membrantechnik eine wichtige Rolle. In zunehmendem Maße tritt auch der Alkoholgehalt in den Focus. So werden verschiedene Verfahren angewandt, um die Alkoholkonzentration zu verringern:

Thermische Verfahren Destillation unter Vakuum
Destillation unter Normaldruck
Membranverfahren Umkehrosmose
Dialyse
Pervaporation
Extraktionsverfahren organische Lösungsmitte
Hochdruckextraktion mit fluidem
CO2
Absorptionsverfahren Harze
Kieselgelee

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Referenzen:
[1] https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=6&ved=0ahUKEwirpPeVqabTAhXjJsAKHdZmD_kQFgg5MAU&url=http%3A%2F%2Fdaten.schule.at%2Fdl%2FJS-Neue_Vinifikationsmethoden.doc&usg=AFQjCNHL-YK0l8rARDqplHqpsPogzVfRgw&cad=rja
[2] https://de.wikipedia.org/wiki/Getränkefiltration

(DGMT-Ticker 1/2017 N. Scharnagl)

BET – Wie Stickstoff die Oberfläche bestimmt

BET – Wie Stickstoff die Oberfläche bestimmt

BET ist ein verbreiteter Begriff für ein Analyseverfahren zur Größenbestimmung von Oberflächen, insbesondere von porösen Festkörpern, und zur Porenanalyse mittels Gasadsorption. Eigentlich handelt es sich nicht um die Messung, sondern vielmehr um die Methode, mit welcher die spezifische Oberfläche (m²/g) aus den experimentellen Daten errechnet wird. „BET“ steht dabei für die Namen Stephen Brunauer, P. H. Emmett und Edward Teller, den Entwicklern des BET-Modells1. Bei der Methode wird die Tatsache ausgenutzt, dass Gase und Dämpfe (Adsoprtiv) unter Freisetzung der (messbaren) Adsorptionswärme zunächst in einer monomolekularen Schicht von der Oberfläche (Adsorbens) adsorbiert werden (Chemiesorption); darauf bilden sich dann durch unspezifische physikalische Wechselwirkungen weitere Schichten (Physisorption). Allerdings ist dieser Vorgang nicht zu verwechseln mit Kondensation, da der Sättigungsdampfdruck nicht erreicht wird. Eine Kondensation würde das Messergebnis verfälschen.

Abb 1: Adsorptionsisotherme nach BET

In der Praxis kühlt man einen Feststoff auf eine konstante Temperatur ab und dosiert eine bestimmte Menge Gas in den Probenraum, so lagert sich ein Teil der Gasmoleküle an der Oberfläche an. Aus praktischen Erwägungen hat sich als Standardmethode die Stickstoffadsorption bei der Temperatur von Flüssigstickstoff (-196 °C, 77K) durchgesetzt.

Mit Hilfe der BET-Gleichung (Gl. 1) wird aus der adsorbierten Gasmenge die Menge an Adsorbat berechnet, die auf der Oberfläche eine Monoschicht, ausbildet.

Die für die Auswertung günstigere linearisierte Form ergibt sich zu:

Dies ist die Gleichung einer Geraden γ = ax+b

Die Anzahl der Mol in der Monoschicht Vm multipliziert mit der Avogadrozahl NA und dem Platzbedarf eines Moleküls (Stickstoff: am = 0.162 nm2) ergibt die BET-Oberfläche Osp (Gl. 3)

Osp = Vm • am • NA (Gl. 3)

Die der Ableitung der BET-Isotherme zugrundeliegenden Voraussetzungen sind bei realen Adsorbaten allerdings nicht erfüllt und widersprechen sich auch teilweise. Trotzdem erhält man Geraden entsprechend (Gl. 2), gewöhnlich aber nur, wenn man sich auf den sogenannten BET-Bereich (0.05 < p/p0 < 0.30) beschränkt. Hier kompensieren sich die bei der Ableitung gemachten Fehler größtenteils.

Referenzen:
[1] Brunauer, S., Emmett, P.H., Teller, E., "Adsorption of Gases on Multimolecular Layers", J.Am.Chem.Soc., 60, S. 309-319, 1938
[2] DIN ISO 9277:2003-05 Bestimmung der spezifischen Oberfläche von Feststoffen durch Gasadsorption nach dem BET-Verfahren (ISO 9277:1995).

(DGMT-Ticker 2/2016 N. Scharnagl)

Kontaktwinkelmessung

Kontaktwinkelmessung – Die Geschichte eines Tropfens

Bei einer Grenzfläche zwischen einer Flüssigkeit und einem Feststoff wird der Winkel zwischen der Flüssigkeitsoberfläche und dem Umriss der Kontaktfläche als Kontaktwinkel θ bezeichnet. Der Kontaktwinkel ist ein Maß für die Benetzbarkeit eines Festkörpers durch eine Flüssigkeit, wobei Benetzbarkeit das Bestreben eines Festkörpers beschreibt, mit einer in Kontakt tretenden Flüssigkeit eine gemeinsame Grenzfläche zu bilden. Der Kontaktwinkel ist überall dort wichtig, wo die Intensität des Phasenkontakts zwischen flüssigen und festen Stoffen kontrolliert oder bewertet werden soll: hydrophobe oder hydrophile Beschichtung, Coating, Lackierung, Reinigung, Drucken, Kleben, Dispergierung und natürlich in der Membrantechnik.

Die Messung des Kontaktwinkels mit einer oder mehreren Flüssigkeiten kann zur Bestimmung der freien Oberflächenenergie eines Festkörpers herangezogen werden. Durch Variation der Messflüssigkeit können die polaren und unpolaren Anteile der Oberflächenenergie berechnet werden (vergl. Wilhelmy-Platten-Methode, s.u.).

Grundsätzlich kommen verschiedene Methoden bei der Kontaktwinkelbestimmung zum Einsatz. Am häufigsten ist das Aufsetzen eines Flüssigkeitstropfens auf eine Oberfläche, die so genannte Tropfenkonturanalyse mit einem liegenden Tropfen. Der Kontaktwinkel wird anhand des Bildes des liegenden Tropfens an den Schnittpunkten (Dreiphasenpunkten) zwischen der Tropfenkontur und der Projektion der Oberfläche (Basislinie) gemessen. Dieser Kontaktwinkel θ wird durch die Oberflächenspannung des Festkörpers und der Flüssigkeit sowie durch die Grenzflächenspannung zwischen Festkörper und Flüssigkeit bestimmt (Abb. 1).

Abb 1: Grenzflächenspannungen am Dreiphasenkontakt. γl, γs: Oberflächenspannungs-
komponenten der Flüssigkeit und des Festkörpers, γsl: Grenzflächenspannung zwischen
beiden Phasen (Quelle: Skript pc4_03_kontaktwinkel.pdf der Uni-Marburg)

 

Abb 2: Kontaktwinkel bei unterschiedlicher Hydrophilie
(Quelle: Westfälische Hochschule, FB12, Labor für Oberflächenchemie)

 

Dabei gilt nach YOUNG:

γsg = γsl + γlg • cos θ


Mit zunehmender Benetzbarkeit der Oberfläche nimmt der Kontaktwinkel ab. Bei der Verwendung von Wasser als Flüssigkeit bezeichnet man bei geringen Kontaktwinkeln (ca. 0°) die Oberfläche als hydrophil, bei Winkeln um 90° als hydrophob und bei noch größeren Winkeln als superhydrophob. Letzteres wird bei sehr hohen Winkeln (> 160°) auch als Lotuseffekt bezeichnet und entspricht einer extrem geringen Benetzbarkeit.

Eine besondere Methode wird häufig bei Festkörpern mit einer hohen freien Obeflächenenergie angewandt. Statt wie beim liegenden Tropfen wird hier eine Luftblase unterhalb des Festkörpers, der sich in einer Flüssigkeit befindet, platziert und zur Konturanalyse herangezogen. Diese Anordnung wird als Captive-Bubble-Methode bezeichnet (s. Abb 3).

Abb 3: Captive Bubble: Luftblase unterhalb einer Oberfläche
(Quelle: Krüss www.kruss.de)

Durch spezifische Oberflächenbehandlung kann der Kontaktwinkel verändert werden, hydrophobe Oberflächen sind wasserabweisend. Sehr genau definierte und erzeugte Formen der Oberflächenstrukturierung erlauben die Bildung von omniphobe Eigenschaften, die sowohl hydrophob als auch lipophob sind.


Wilhelmy-Plattenmethode: Bei der senkrechten Bewegung eines plattenförmigen Festkörpers aus einer Flüssigkeit in Zugrichtung wirkt eine Kraft, die gemessen wird. Außer von der Oberflächenspannung und von der benetzten Länge hängt diese Kraft vom Kontaktwinkel ab.

(DGMT-Ticker 1/2016 N. Scharnagl)

Die Membrandestillation

Thermische Trennverfahren mit Membranen – Die Membrandestillation

In der Regel beruht das Prinzip der Stofftrennung mittels Membranen auf treibenden Kräften wie Druckdifferenz, Konzentrationsgefälle oder elektrischem Feld. Dabei sind für die Trennqualität (Selektivität) der entsprechenden Membranen die Porengrößen, die Löslichkeiten oder Diffuionskoeffizienten eines Stoffes oder die elektrische Polarität, um nur ein paar zu nennen, entscheidend.

Bei der Membrandestillation erfolgt der Stofftransport mittels eines Phasenwechsels und eines Dampfdruckgefälles (Partialdampfdruck) [1]. Während die Flüssigphase auf der einen Seite einer porösen Membran zurückgehalten wird, kann die Dampfphase die Membran passieren, z.B. wird Wasser bei einer stark hydrophoben Membran zurückgehalten, während der Wasserdampf hindurch permeiert. Dabei wird die Partialdruckdifferenz durch eine Temperaturdifferenz hervorgerufen.

Trotz der relativ großen Poren solcher Membranen kommt es auf Grund der unterschiedlichen Polaritäten von Membran und Medium sowie durch die, im Falle von Wasser, hohe Oberflächenspannung nicht zu einem durchtreten der Flüssigkeit durch die Membran (Kapillardepression: Entgegenwirken von Adhäsions- und Kohäsionskräften). Wird der Druck auf der Flüssigkeitsseite jedoch zu hoch, kann es zum Durchbrechen der Flüssigkeit kommen.
Derzeit von technischer Bedeutung sind Verfahren, die sich durch den Aufbau des Destillatkanals oder durch die Betriebsweisen unterscheiden. In der Regel findet das Verfahren Anwendung bei der Wasseraufbereitung, der Stoffstromrückgewinnung oder der Wertstoffaufkonzentration. Etwas kurios ist die Anwendung zur Gewinnung von Trinkwasser aus Körper eigenem Schweiß mittels einer "Sweat-Machine"[3].

Abb 1: Schema Membrandestillations-Prozess von Joachim Koschikowski [2]

Referenzen:
[1] Onsekizoglu, P.; Membrane distillation: principle, advances, limitations and future prospects in food industry From "Distillation: Advances from Modeling to Applications" (2012), 233-266 DOI:10.5772/37625
[2] Joachim Koschikowski - Entwicklung von energieautark arbeitenden Wasserentsalzungsanlagen auf Basis der Membrandestillation Fraunhofer Verlag, 2011, 3839602602. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons
[3] www.chemie.de/news/144173/sweat-machine-verwandelt-schweiss-in-trinkwasser.html

(DGMT-Ticker 2/2015 N. Scharnagl)

Isoporöse Polymermembranen

Isoporöse Polymermembranen – Herstellung definierter Porengrößen

In der Membrantrenntechnik sind poröse Membranen nicht wegzudenken. Anwendungen in der Wasseraufbereitung, der Lebensmittelbranche und der Medizintechnik nutzen Filtrationsmembranen. Dabei spielt die Porengröße und die Porenverteilung eine wesentliche Rolle für die Effizienz der Anwendung. Sehr enge Porenverteilungen mit definierter Porengröße sind dabei in der Regel keramischen oder metallischen Substraten vorbehalten.

Im vergangenen Jahr ist es Membranforschern im Rahmen eines EU-Projektes gelungen, nahezu isoporöse Polymermembranen mit variabler Porengröße herzustellen [1]. Dabei macht man sich zu Nutze, dass sog. Block-Copolymere mit Tendenz zur Phasensegregation unterschiedliche regelmäßige Strukturen auf einer Größenskala im Nanometerbereich ausbilden können. Diese Strukturen werden beeinflusst durch die Zusammensetzung, dem Polymerisationsgrad und den Phasen (amorph, kristallin) der jeweiligen Polymerblöcke.
Stellt man Filme aus diesen Block-Copolymeren her und unterzieht diese Filme einer Nachbehandlung (z.B. Ätzen oder Herauslösen von Additiven) lassen sich definierte Porengrößen erzielen. Eine weitere Toolbox zu Variation von Porengrößen ist die Herstellung solcher Filme aus Block-Copolymer-Blends (Mischungen). Dadurch lassen sich, vereinfacht ausgedrückt, Zwischengrößen der Poren erzeugen, die im Rahmen der Porengrößen der jeweiligen einzelnen Block-Copolymeren liegen.
Den Forschern ist es nicht nur gelungen, die Porengrößen im Bereich von 21 bis 46 nm zu variieren, sondern auch, diese extrem dünnen Polymerfilme auf ein polymeres Trägersubstrat zu übertragen. Letzteres sollte die Herstellung in technischem Maßstab ermöglichen.

Abb 1: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche einer isoporösen Polymermembran
(© Helmholtz-Zentrum Geesthacht GmbH, Institut für Polymerforschung)

Referenzen:
[1] Maryam Radjabian and Volker Abetz, Tailored Pore Sizes in Integral Asymmetric Membranes Formed by Blends of Block Copolymers. Advanced Materials, 2015. 27(2): p. 352-355.

(DGMT-Ticker 1/2015 N. Scharnagl)

Membranen retten Leben – Anwendung in der Medizintechnik

Membranen retten Leben – Anwendung in der Medizintechnik

Nachdem in der letzten Ausgabe des TICKER Membranen mit schaltbaren Eigenschaften vorgestellt wurden, soll heute das Thema Membranen in der Medizintechnik angerissen werden. Die Einsatzgebiete der unterschiedlichen Membranen in der Medizintechnik reichen von der Dialyse über Oxygenatoren bis hin zu Drug-Delivery Systemen. Sogar Rückgewinnungssysteme für Narkosegase wie Xenon wurden untersucht. Der größte Anteil der jährlich weltweit produzierten Membranfläche wird heute in der Dialyse eingesetzt, die den größten Markt an technischen Membrananwendungen darstellt. Mehrere hundert Millionen km Hohlfasermembranen werden jährlich für die künstliche Niere produziert und erlauben die Behandlung von weit mehr als 1 Million Dialysepatienten[1].

In einer Herz-Lungen-Maschine wird der Membran als Blutoxygenator eine entscheidende Funktion zuteil. Als Trennung zwischen Blut und Gas kommt es aufgrund des Konzentrationsgefälles zum Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid, gleichzeitig wird der direkte Blutkontakt des Gases vermieden, wodurch der bluttraumatisierende Effekt reduziert wird. Durch den Einsatz der künstlichen Lunge werden Operationen am "offenen Herzen" ermöglicht. Heutzutage werden fast alle Oxygenatoren als Hohlfaden-Membran-Oxygenatoren gebaut.

Abb 1: Skizzierte Funktionsweise einer Herz-Lungen-Maschine (Quelle: www.herz.at)


Ein Forscherteam des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung hat eine neue Art Membran entwickelt, mit der Gase wie Kohlendoxid nach Wunsch in Flüssigkeiten und Gasen angereichert oder aus ihnen herausgelöst werden können. Die Fähigkeiten der Membran beruhen auf einer stark flüssigkeitsabweisenden (superamphiphoben) Beschichtung, die nicht nur den Gasaustausch verbessert sondern gleichzeitig ihre Poren vor Verstopfung schützt.[2]
Wie stimuli-sensitive Membranen in der Medizintechnik eingesetzt werden können, zeigt ein im Mai erschienener Artikel in "Advanced Functional Materials". Schweizerische Forscher haben ein Pflaster entwickelt, dass Wirkstoffe kontinuierlich über eine Membran abgibt, wenn es mit UV-Licht bestrahlt wird.[3]
Weiterhin werden Membranen in verschiedensten Organunterstützungssystemen eingesetzt, wie z.B. in der künstlichen Leber, Bauchspeicheldrüse, Haut oder Augenlinse. Auch neben eigentlichen Körperfunktionen kommen Membranen zum Einsatz. So wurde von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (dbu) in den Jahren 1993 bis 1996 ein Projekt der Univ. Ulm zur Rückgewinnung von Xenon als Narkosegas gefördert. Xenon hat gegenüber herkömmlichen Narkosegasen einige Vorteile, aber ist erheblich teurer. Das Membran-Rückgewinnungsverfahren hat sich als nicht wirtschaftlich herausgestellt und andere Methoden befinden sich derzeit in der Erprobung. Der Gebrauch halbgeschlossener Niedrigflussnarkosegeräte könnte in Zukunft den ökonomischen Einsatz Xenons signifikant verbessern.[4]
Dies sind nur einige Beispiele, wie Membranen Leben retten bzw. dazu beitragen können, lebensrettende Maßnahmen zu ermöglichen.

Referenzen:
[1] B. Krause, H. Göhl, and F. Wiese, Medizintechnik, in Membranen: Grundlagen, Verfahren und industrielle Anwendungen, K. Ohlrogge and K. Ebert, Editors. 2006, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim.
[2] M. Paven, et al., Super liquid-repellent gas membranes for carbon dioxide capture and heart–lung machines. Nat Commun, 2013. 4.
[3] K. Schöller, et al., From Membrane to Skin: Aqueous Permeation Control Through Light-Responsive Amphiphilic Polymer Co-Networks. Advanced Functional Materials, 2014. 24(33): p. 5194-5201.
[4] A. Brucken, et al., Aktuelle Entwicklungen in der Xenonforschung. Anaesthesist, 2010. 59(10): p. 883-95.

(DGMT-Ticker 2/2014 N. Scharnagl)

Formgedächtnis Polymere

Formgedächtnis Polymere = Polymer-Membranen mit schaltbaren Eigenschaften?

Formgedächtnis Polymere (Shapememory Polymere, SMPs) sind auf einen äußeren Reiz reagierende, formverändernde Materialien. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte in der Synthese und Charakterisierung von SMPs erzielt [1]. Sie können durch eine temporäre Fixierung zu einer vorgegebene Geometrie programmiert werden, die in den Aussgangszustand zurück geht, sobald ein externer Reiz auftritt. In den meisten Fällen ist der Stimulus Wärme, aber auch andere Reize, wie elektrischer Strom, Luftfeuchtigkeit, Licht oder magnetische Wechselfelder, sind realisiert worden. Der Effekt basiert nicht auf einer intrinsischen Materialeigenschaft sondern auf der Funktionalität des Materials. Es erfordert die Kombination einer geeigneten molekularen Polymer-Netzwerk-Architektur mit einer ausreichend elastische Verformbarkeit und einer maßgeschneiderte "Programmierung". Im Allgemeinen bestehen diese polymeren Netzwerke aus schaltbaren Segmenten, die durch Netzwerkpunkte, welche die permanenete Form bestimmen, miteinander verbunden sind. Die Netzwerkpunkte können chemische (kovalente) Bindungen oder intermolekulare Wechselwirkungen sein. Die meisten der SMPs sind Zwei-Form-Materialien, die einen einfachen Wechsel von einer temporären zu einer permanenten Form ermöglichen. In der jüngsten Vergangenheit wurden Dreifach-Form-Polymere, die zwei Übergänge realisieren, sowie Multi-Form Polymere, mit mehreren Form-Übergängen, vorgestellt [2].

Abb 1: Schema einer "Formgedächtnis-Membran" mit schaltbaren Porengrößen für die Filtration

All diese Vorgänge sind in der Regel aber nicht reversibel, so dass der Schaltvorgang immer nur in einer Richtung abläuft. Mit der Entwicklung von reversiblen, bidirektionalen Formgedächtnis Polymeren eröffnen sich neue Wege für die Membrantechnik [3].

Zum Beispiel steuert u. a. die Größe des in Membranmaterialien verfügbaren freien Volumens die Permeabilität bei Gas-Diffusions-Membranen. Mit diesem Hintergrund wurden aus thermosensitivem Polyurethan (TSPU) Membranen synthetisiert, deren Wasserdampfpermeabilität über die Temperatur steuerbar ist [4]. Auch im Bereich der Filtrationsmembranen wurden in den letzten Jahren Forschungsarbeiten veröffentlicht, bei denen durch Verwendung von Stimuli sensitiven Materialien gezielt die Porengröße beeinflusst wird [5-7].

Referenzen:
[1] A. Lendlein and T. Sauter, Shape-Memory Effect in Polymers. Macromolecular Chemistry and Physics, 2013. 214(11): p. 1175-1177.
[2] Q. Zhao, M. Behl, and A. Lendlein, Shape-memory polymers with multiple transitions: complex actively moving polymers. Soft Matter, 2013. 9(6): p. 1744.
[3] M. Behl, et al., Reversible bidirectional shape-memory polymers. Adv Mater, 2013. 25(32): p. 4466-9.
[4] Y. Chen, et al., The polyurethane membranes with temperature sensitivity for water vapor permeation. Journal of Membrane Science, 2007. 287(2): p. 192-197.
[5] J.I. Clodt, et al., Double Stimuli-Responsive Isoporous Membranes via Post-Modification of pH-Sensitive Self-Assembled Diblock Copolymer Membranes. Advanced Functional Materials, 2013. 23(6): p. 731-738.
[6] T. Sauter, K. Kratz, and A. Lendlein, Pore-Size Distribution Controls Shape-Memory Properties on the Macro- and Microscale of Polymeric Foams. Macromolecular Chemistry and Physics, 2013. 214(11): p. 1184-1188.
[7] F. Schacher, M. Ulbricht, and A.H.E. Müller, Self-Supporting, Double Stimuli-Responsive Porous Membranes From Polystyrene-block-poly(N,N-dimethylaminoethyl methacrylate) Diblock Copolymers. Advanced Functional Materials, 2009. 19(7): p. 1040-1045.

(DGMT-Ticker 1/2014 N. Scharnagl)

Korrosion bei der Umkehrosmose zur Wasserentsalzung

"Rust Never Sleeps…" – Korrosion bei der Umkehrosmose zur Wasserentsalzung

"Rust Never Sleeps" ist nicht nur der Titel eines von Neil Young und Crazy H orse 1979 veröffentlichten Musik- Albums, sondern auch ein ewig währender Slogan für Materialwissenschaftler. Bei der Auslegung von Umkehrosmose (RO)-Meerwasserentsalzungsanlagen ist grundsätzlich eine besondere Sorgfalt bei der Auswahl der Materialien notwendig. Diese spielt eine besondere Rolle für die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Anlage. Dazu liegt es auch im primären Interesse der Planer und Betreiber, die Korrosion zu verhindern bzw. zu minimieren. Die wichtigsten Einflussparameter für die Korrosion sind der Chloridgehalt und die Sauerstoffkonzentration des Wassers (besonders im Retentat), der hohe Druck und die erhöhte Wassertemperatur, insbesondere in den wärmeren Regionen der Welt. Daher sind hochlegierte Edelstähle bei dieser Anwendung im Einsatz.
In den meisten Korrosionsschadensfällen wurden Stähle verwendet, die für die spezifische Anwendung eine nicht ausreichende Kontaktkorrosions- oder Lochfraßbeständigkeit aufwiesen. Häufig werden nicht nur Pumpen sondern auch Armaturen / Fittings und Rohrleitungs- systeme geschädigt, wobei neben der mangelnden Korrosionsbeständigkeit häufig auch mangelhafte Materialfertigung (Schweißnaht), Design oder Wartung eine entscheidende Ursache sein können.


Abb 1: Die "korrodierte" NS Otto Hahn nach mehrjährigem Einsatz auf See (Archivbild HZG)


Salzgehalt und Wassertemperatur werden bei Fragen zur  Korrosionsbeständigkeit gerne unterschätzt. Während in Mitteleuropa eine Meerwassertemperatur von unter 20°C als normal einzuschätzen ist, liegt die "normale" Meerwasser- temperatur z. B. im Nahen Osten durchaus über 30°C. Dies erhöht die Anfälligkeit des Materials durch die erhöhte Aktivität z. B. der Chloridionen (und deren gleichzeitig höhere Konzentration im Vergleich zu Mitteleuropa) gegen Lochfraß oder Kontaktkorrosion drastisch. Darüber hinaus kann die Bioaktivität des Seewassers von Region zu Region unterschiedlich sein, vermutlich in tropischen Gebieten eher kritischer. Jedoch liegt der pH-Wert selbst in extremen Fällen (tiefen Mündungen oder Küsten mit hoch produktivem / industriellem Umfeld) zwischen 7.3 und 8.6, was für die Verwendung von Edelstählen unter dem Gesichtspunkt der Korrosion a ls unbedenklich anzusehen ist.

Referenzen:
[1]    N. Larche,  P.  Dezerville and F.D. Le, Corrosion and corrosion management investigations in seawater reverse osmosis desalination plants, Desalin. Water Treat. 51 (2013), 1744-1761.
[2]   J.W. Oldfield and B. Todd, Environmental aspects of corrosion in MSF and RO desalination plants, Desalination 108 (1997), 27-36.
[3]    d.B.B. Van and C. Vandecasteele, Distillation vs. membrane filtration: overview of process evolutions in seawater desalination,   Desalination   143   (2002), 207-218.

(DGMT-Ticker 1/2013 N. Scharnagl)

Phasengrenzflächenpolymerisation

Wie man das Prinzip der Nylonherstellung für die Membrantechnik nutzt – Phasengrenzflächenpolymerisation

Durch die Reaktion von Sebacinsäuredichlorid (Sebacoylchlorid) mit Hexa-methylendiamin (1,6-Diaminohexan) bildet sich Nylon 610® (Abb. 1). Die beiden Komponenten werden in zwei Lösungsmitteln unterschiedlicher Dichte gelöst, die sich nicht miteinander mischen, hier Wasser und n-Hexan. Eine Reaktion kann daher nur an der Berührungsfläche der beiden Phasen stattfinden. Durch diese Phasengrenzflächenpolymerisation ist es z. B. möglich, kontinuierlich einen Faden aus einem Becherglas zu ziehen.

Abb 1: Reaktionsgleichung zur Herstellung von Nylon 610

Auf diesem Prinzip basierend wurde von Cadotte (FilmTec Corporation [1]) eine sehr wirkungsvolle Methode entwickelt, um extrem dünne, fehlstellenfreie Polymerfilme (< 50 nm) zu erhalten. Als poröse Stützstruktur wird meist eine polymerbasierte Ultra- oder Mikrofiltrationsmembran eingesetzt. Diese Membran wird zunächst in eine wässrige Lösung des hydrophilen Monomers (z. B. Polyethylenimid, PEI) getaucht und vollständig benetzt. Die so vorbereitete Membran wird im nächsten Verfahrensschritt in eine organische Lösung des hydrophoben Monomers (z. B. Toluoldiisocyanat (TDI) in Hexan) getaucht. Es erfolgt an der Phasengrenze zwischen beiden Flüssigkeiten die Polymerisation, da sich das hydrophile Monomer PEI nicht in der organischen Lösung (n-Hexan), und das hydrophobe Monomer TDI nicht in Wasser lösen und so nicht vermischen können. Der sich kontinuierlich bildende, sehr dünne Film lässt die Reaktion schnell abklingen, da beide Monomere diesen Film nicht passieren und damit auch nicht mehr miteinander reagieren können. Durch Erwärmen kann zum einen die Reaktion beschleunigt und zum anderen die mechanische Stabilität der entstandenen Kompositmembran durch den einsetzenden Schrumpfungsprozess erhöht werden. Durch Variation der Monomerkonzentrationen beider Lösungen lassen sich
heutzutage die Eigenschaften der selektiven Schicht je nach Anwendung der Umkehrosmosemembran gezielt einstellen.


Referenz:
[1] Cadotte J.E., Interfacially synthesized reverse osmosis membrane (1981) US Patent 4,277,344.

(DGMT-Ticker 2/2012 N. Scharnagl)

Wie man mit Umkehrosmose-Membranen Energie erzeugen kann

Wie man mit Umkehrosmose-Membranen Energie erzeugen kann – Das Prinzip der Osmose als Energiequelle (Pressure Retarded Osmosis - PRO)

Sidney Loeb erkannte als erster das physikalische Prinzip der Osmose als Energiequelle (Pressure-Retarded Osmosis - PRO) [1]. Die nach diesem Prinzip erzeugte Energie hat einen nur äußerst geringen Einfluss auf die Umwelt und gilt als erneuerbar, da weder Salz noch Wasser im Prozess "verbraucht" werden. Von Nachteil sind die nicht optimale Effizienz der Membranen und die, unter anderem dadurch entstehenden, hohen Kosten [2,3].

Sind Süß- und Salzwasser durch eine semipermeable Membran getrennt, so permeiert das Süßwasser durch die Membran auf die Salzwasserseite, auf der sich ein Druck aufbaut. Mit diesem Druck kann eine Turbine zur Stromerzeugung angetrieben werden (s. Abb.). Bei einem Salzgehalt von 3,5 % errechnet sich bei einerTemperatur von 10 °C ein osmotischer Druck von etwa 28 bar. Dieser Druck verringert sich jedoch mit zunehmender Verdünnung, so dass ständig Salzwasser nachgeführt  werden muss. Das Prinzip erzielt die höchste Leistung, wenn die statische Druckdifferenz die Hälfte des osmotischen Druckes beträgt und die andere Hälfte zur Überwindung des Membranwiderstandes zur Verfügung steht.

Für den optimalen Betrieb eines Osmose-Kraftwerks ist ein Betriebsdruck von 11-15 bar notwendig, das entspricht einer Wassersäule von 100-145 Metern in einem hydrostatischen Kraftwerk.

Für einen effizienten Betrieb sollte die Leistung der Membranen bei 4-6 Watt/m² liegen [4]. Die technische Realisierung erfordert spezielle Membranen, die Salze effizient zurückhalten, aber gleichzeitig gut durchlässig für Wasser sind. Wegen des Mangels an geeigneten Membranen konnte das Prinzip in den 1970er Jahren nicht realisiert werden. Seit Mitte der 1990er Jahre gibt es neue Ansätze, um geeignete Membranen aus Polymeren zu entwickeln.

Im Jahr 2003 eröffnete ein großes norwegisches Unternehmen, Statkraft, das erste Labor für durch Osmose erzeugte Energie. Statkraft hat errechnet, dass in Norwegen bis zu 25 TWh/a zur Verfügung stehen würden. Als weltweit erster Prototyp eines Osmosekraftwerks wurde am 24. November 2009 im norwegischen Tofte am Oslofjord ein Kleinstkraftwerk von Statkraft in Betrieb genommen [5].
Als weiteren Schritt unterzeichneten im Juni 2011 STATKRAFT (N) und Nitto- Denko/Hydranautics (JPN) einen Kooperationsvertrag zur Weiterentwicklung von Membranen für diePRO[6].

Referenzen:
[1] S. Loeb, “Osmotic Power Plants,” Science, 1975, vol. 189, pp. 654-655.
[2] S. Loeb, “Production of energy from concentrated brines by pressure-retarded osmosis, 1. Preliminary technical and economic correlations,” J. Membrane Science, 1976, vol. 1, pp. 49-63.
[3] S. Loeb, F. Vanhessen and D. Shahaf, “Production of energy from concentrated brines by pressure-retarded osmosis, 2. Experimental results and projected energy costs,” J. Membrane Science, 1976, vol. 3, pp. 249269.
[4] EU-Abschlussbericht "The Salinity Power Project", 2004, http://cordis.europa.eu/documents/documentlibrary/82766661EN6.pdf
[5] www.nordicenergysolutions.org/inspirational/renewable-energy-where-salt-water-meetsfresh-water
[6] www.statkraft.com/presscentre/pressreleases/statkraft_and_nitto_denko_hydranautics.aspx

(DGMT-Ticker 1/2012 N. Scharnagl)

Warum Cut-Off nicht immer gleich Cut-Off ist

Warum Cut-Off nicht immer gleich Cut-Off ist - Die Bestimmung des molekularen Cut-Offs mittels Gel Permeations Chromatografie (GPC)

Für die Auswahl von Membranen in Ultra- und Mikrofiltration sind Eigenschaften wie Rückhaltung und Fluss sowie chemische, thermische und mechanische Stabilität von großer Wichtigkeit. Dabei stellt jede Anwendung ihre eigenen Anforderungen an die Rückhaltung der Membranen. Der Fluss oder die Permeabilität wird definiert als Volumen, das in einer bestimmten Zeit und bei bestimmter Fläche durch die Membran permeiert. In der Regel wird der Fluss in l/m2 h oder m3/m2 h angegeben, aber auch andere nicht SI-konforme Einheiten finden Verwendung.

 

Rückhaltewerte nach (1) liegen in der Regel zwischen 0 und 1, oder anders zwischen 0 und 100%. Der "Molecular-weight-cut-off (MWCO)" einer Membran repräsentiert die Rückhaltung einer bestimmten Spezies eines Sondenmoleküls mit nominalem Molekulargewicht mit einem bestimmten Rückhaltewert, z. B. 90% Rückhaltung für ein Molekulargewicht von 10000 Dalton. Dieser Wert gilt nur für eine spezifische Membran unter spezifischen Testbedingungen.

Die betrachtete MWCO-Bestimmung basiert auf der Rückhaltung der Moleküle wegen ihrer sterischen Beschaffenheit oder ihrer Größe gegenüber den Membranporen. Typischerweise wird eine Lösung von wasserlöslichen Makromolekülen als Feed-Lösung auf die Membran gegeben und filtriert (Abb. 1). Anschließend werden die Molekulargewichtsverteilung von Feed und Permeat via Gel Permeations Chromatografie (GPC, s.u.) bestimmt. Als Ergebnis erhält man eine Rückhaltekurve (Siebkurve (Abb. 2)) aufgetragen gegen das Molekulargewicht. Der MWCO entspricht in der Regel dem Molekulargewicht, bei dem 90% der Substanz zurückgehalten werden. Die Rückhaltekurve gibt auch Informationen über die Porengrößenverteilung. So entspricht eine scharfe Rückhaltekurve einer engen Porengrößenverteilung.

Eine der Hauptursachen für ungenaue Bestimmungen der Rückhaltung ist die Annahme, dass die Rückhaltung eines Moleküls nur von der Größe des Moleküls und von dessen Form allein abhängt. In Wirklichkeit ist das Eindringen von Makromolekülen in die Poren von der Größe, der Form, den energetischen Wechselwirkungen (z. B. elektrostatisch) zwischen dem gelösten Molekül und dem Membranmaterial sowie der Konzentration am Poreneintritt abhängig. All diese Parameter und ihre Wechselwirkung wiederum hängen zusätzlich von den Eigenschaften der gesamten Lösung, wie pH-Wert, Ionenstärke und Temperatur ab. Die Konzentration am Poreneintritt hängt wiederum von den Filtrationsparametern ab, Konzentrationspolarisation ist hier nur ein Stichwort, ebenso Fouling und Scaling. Adsorption der gelösten Makromoleküle an der Oberfläche der Membran kann ebenfalls zu einer Erhöhung des ermittelten Rückhaltewertes führen und das Ergebnis verfälschen. Daher sollten Ergebnisse aus einer MWCO-Bestimmung nie als Absolutwerte angesehen werden, sie stellen lediglich eine Momentaufnahme der Transportcharakteristiken einer Membran unter einem spezifischen Satz an Messbedingungen dar.

In der Regel wird Dextran oder Polyethylenglykol als Sondenmolekül zur Durchführung der Messungen benutzt. Auf Grund der unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften und Wechselwirkungen zwischen diesen Molekülen und dem Membranmaterial sowie möglicher Unterschiede in den experimentellen Messbedingungen (Art der Messzelle, Druckdifferenz, Temperatur und Überströmgeschwindigkeit) unterscheiden sich die Ergebnisse für die ermittelten Rückhalteeigenschaften häufig sehr deutlich.

Die Gel Permeations Chromatografie (GPC) ist eine wichtige chromatografische Technik zur Charakterisierung von Makromolekülen (Abb. 3). Bei der GPC werden die Moleküle entsprechend ihres hydrodynamischen Volumens, das mit dem Molekulargewicht korreliert ist, getrennt. Die Detektion erfolgt in der Regel über einen konzentrationsabhängigen Detektor (UV oder Brechungsindex), kann aber auch viskosimetrisch oder via Lichtstreuung erfolgen.

Referenz:

N. Scharnagl and M. Schossig, Chemie Ingenieur Technik, 2005, 77, 517-52

(DGMT-Ticker 2/2011 N. Scharnagl)

Warum große Moleküle schneller sein können als kleine

Warum große Moleküle schneller sein können als kleine – Das Lösungs-Diffusions-Modell bei der Gastrennung

Von porösen Membranen kennt man, dass in der Regel kleine Moleküle die Membran passieren können währen größere Moleküle von der Membran zurückgehalten werden. Für dieses klassische Prinzip der Filtration sind Porengröße, Porengrößenverteilung und die Porosität die entscheidenden Größen, die die Filtrationseigenschaften beschreiben. Bei dichten, nichtporösen Membranen kann ein Molekül nur dann durch die Membran permeieren, wenn es im Membranmaterial gelöst wird. Dies Löslichkeit wird bestimmt durch die Affinität zwischen dem Membranpolymer und der zu permeierenden niedermolekularen Komponente. Durch das Vorhandensein einer Triebkraft (Konzentrationsdifferenz, Druckdifferenz, etc.) wird diese Komponente mittels Diffusion von einer Seite der Membran zur anderen transportiert. Das Produkt aus Löslichkeitskoeffizient S und Diffusionskoeffizient D ergibt den für eine Komponente spezifischen Permeabilitätskoeffizienten P.

Unter Berücksichtigung des Fick'schen Gesetzes ergibt sich, dass z. B. der Transport einer Komponente durch eine Membran proportional zur Druckdifferenz und umgekehrt proportional zur Membrandicke ist.

Die Trennung von Komponentengemischen erfolgt demnach über die unterschiedlichen Flüsse der Komponenten durch die Membran, deren Verhältnis als Selektivität α bezeichnet wird:

Während der Diffusionskoeffizient mit zunehmender Molekülgröße abnimmt, steigt die Löslichkeit einer Komponente mit wachsender Molekülgröße an. Im Falle das die Löslichkeit einer Komponente zur dominanten Größe wird, wird diese Komponente schneller durch eine Membran permeieren als eine Komponente mir geringerer Löslichkeit bei vergleichbaren Diffusionskoeffizienten. So passiert Sauerstoff eine Schicht aus Silikon (PDMS) etwa doppelt so schnell wie Stickstoff, oder aber höhere Kohlenwasserstoffe (n-Butan, Pentan, etc.) die gleiche Membran schneller als Sauerstoff (z.B. bei der Benzindampfrückgewinnung). Die nachfolgende Grafik veranschaulicht die Einflüsse der beiden Kenngrößen in Abhängigkeit vom Molvolumen.

(DGMT-Ticker 1/2011 N. Scharnagl)

Die Bubble-Point Methode (Gas-Flüssigkeits-Porosimetrie)

Die Bubble-Point Methode (Gas-Flüssigkeits-Porosimetrie)

Bei dieser Methode wird die Membran oder der zu messende poröse Körper mit einer Flüssigkeit gefüllt und ein Gasdruck von der Rückseite her angelegt (s. Abbildung). Die Druckdifferenz, die nötig ist um die Flüssigkeit aus einer Pore zu verdrängen wird unter der Annahme, dass es sich um eine zylindrische Porengeometrie handelt, zur Berechnung des Porenradius rp mit Hilfe der LaPlace- Gleichung (1) herangezogen. Die Oberflächenspannung (Gas/Flüssigkeit) γ und der Kontaktwinkel (Flüssigkeit/Gas/Membranmaterial) Θ werden zur Berechnung benötigt. Entstehende Gasblasen, die den Gasdurchtritt signalisieren, werden optisch oder aber mit elektronischen Flusssensoren bestimmt. Während der Gasdruck ∆p erhöht wird, werden immer kleinere Poren entleert. Misst man das gesamte Gasvolumen, das zur Verdrängung der Flüssigkeit benötigt wurde, so kann man die Porengrößenverteilung bestimmen.

Bei der Bestimmung der größten vorhandenen Pore in einem porösen Körper können bei dieser Methode Schwierigkeiten auftreten. Außerdem sind die Ergebnisse von der verwendeten Flüssigkeit (andere Oberflächenspannung) abhängig. Des Weiteren haben die Länge der Pore und die Schritte, in denen die Druckdifferenz erhöht wird Einfluss auf die Messergebnisse. Diese Unzulänglichkeiten werden in der Regel durch ein speziell angepasstes Equipment und empirische Korrekturfaktoren ausgeglichen. Generell findet die Methode Einsatz bei Porendurchmessern > 150 nm, da mit sinkendem Porendurchmesser der Druck stark ansteigt (s. Tabelle).

(DGMT-Ticker 1/2010 N. Scharnagl)

Keramische Membranen
Keramische Membranen

Keramische Membranen

Bislang haben wir in dieser Rubrik nur Membranen vorgestellt, die auf organischem Material bzw. Polymeren basieren. In dieser Ausgabe wollen wir nun kurz auf anorganische Materialien und im speziellen auf Membranen auf keramischer Basis eingehen.

Keramische Membranen haben deutliche Vorteile wenn es um den Einsatz bei höheren Arbeitstemperaturen (>150°C) geht. Gegenüber Polymermaterialien zeichnen sie sich durch hohe chemische, thermische und mechanische Stabilität aus. Zur Verfügung stehen Rohrmodule ebenso wie Flachmembranen. Als Materialien werden dispergierte Pulver auf Aluminium-, Silicium- oder Borsilikatbasis eingesetzt, die eine homogene, von Schicht zu Schicht reduzierte, Korngröße aufweisen welche in der finalen Schicht letztlich die Trenngrenze bestimmt. Flachmembranen entstehen z.B. durch ein Foliengießverfahren im Mehrschichtaufbau mit selektiven Schichten unterschiedlicher Porengrößen. Nachfolgende Präge- und Laminierprozesse der flexiblen Folien führen zu einem planaren Multikanalelement mit äußerer Membranschicht. Diese Multikanalelement- Einheit wird als Gesamtes in einem einzigen thermischen Prozess im kontinuierlichen Fertigungsprozess gebrannt. Rohr-Membranen mit Mono- oder Multikanal- Geometrie werden in einem Strangpressverfahren vorgeformt, bevor sie schließlich gebrannt werden. Durch spezielle Hydrophobierungsverfahren wird die Benetzbarkeit für organische Lösemittel eingestellt.

Ihr vielfältiges Einsatzgebiet umfasst die Lebensmittel-, Umwelt- und chemische Industrie. Besonderes Anwendungspotential besitzen diese Membranen zur Lösemittelreinigung und Abtrennung von Wertprodukten aus Reaktionsgemischen.

(DGMT-Ticker 2/2009 N. Scharnagl)

Hohlfaden-Membranen
Hohlfaden-Membranen

Hohlfaden-Membranen

Nach dem gleichen Verfahren wie Flachmembranen werden auch Hohlfaden-Membranen aus polymerbasierten Materialien gefertigt. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Spinndüse, die gewährleisten muss, dass der Hohlfaden während des Spinnprozesses nicht kollabiert. Dies wird durch ein sog. Innenlumen sichergestellt. Im einfachsten Fall nutzt man dafür ein Inertgas wie Argon oder Stickstoff. Zusätzlich kann man die Feuchtigkeit des Gases einstellen und damit die Fällung des Materials auch von der Innenseite beeinflussen, während der Faden als solches in ein dafür vorgesehenes Fällbad taucht und es dort zur Phaseninversion kommt. Auf diese Weise lassen sich komplexe Morphologien von Membranen erzeugen. Neuerdings werden aber Hohlfaden-Membranen auch durch Schmelzextrusion erzeugt. Die Porosität wird dabei durch ein beim Austritt aus der Düse sich expandierendes Gas erzeugt.

Hauptanwendungsgebiete von Hohlfaden-Membranen sind, neben der Wasseraufbereitung, der Einsatz als künstliche Niere, Nanofiltration und Umkehrosmose aber auch die blasenfreie Begasung von Flüssigkeiten und Befeuchtungsvorgänge.

(DGMT-Ticker 1/2009 N. Scharnagl)

Phaseninversions Membranen
Phaseninversions Membranen

Phaseninversions Membranen

Phaseninversion ist das am häufigsten verwendete Verfahren zur Herstellung kommerzieller Polymer-Membranen. Es ist damit möglich, fast alle Morphologien zu erzeugen. Dabei wird das Polymer von einem flüssigen Zustand (meist in einem Lösemittel gelöst) in einen festen Zustand überführt. Neben der Tauchfällung, bei der in der Regel die Polymerlösung auf einen Träger (z.B. Vlies) aufgebracht und in einem Tauchbad gefällt wird, gibt es noch andere Inversionsmethoden, wie Lösemittel- Verdampfung. Heut zu Tage ist die Tauchfällung die gängigste Methode. Dabei wird der Prozess durch Parameter wie Polymerkonzentration im Lösemittel, Zusammensetzung des Fällbades, Fällbadtemperatur, Luftfeuchtigkeit und Länge der Verfahrenstrecke gesteuert. All diese Parameter beeinflussen den transmembranen Fluss und die Rückhaltungseigenschaften der Membran. Es können sowohl Flachmembranen als auch Hohlfadenmembranen nach diesem Prozess erzeugt werden. In einigen Fällen ist eine Nachbehandlung, z.B. zur Hydrophilisierung, notwendig.

(DGMT-Ticker 2/2008 N. Scharnagl)

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