Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Superhydrophile Filter - Verbesserung der Anti-Fouling-Eigenschaften und der Trennleistung von Öl-Wasser-Gemischen

Filtermaterialien für die Flüssigfiltration stellen ein wichtiges Produktsegment im Bereich der Technischen Textilien dar, die für Hersteller von textilen Flächen, Filtrationsmembranen sowie den finalen Filtrationseinheiten von großer Bedeutung sind. Hierbei ist die Trennung von Öl-Wasser-Gemischen ein wachsendes Einsatzgebiet für entsprechende Spezialfilter zur Reinigung von Abwässern, Böden und Naturgewässern.

Aktuell genutzte Filtermaterialien mit Hydrophobausrüstungen sind oft nicht in der Lage, zweiphasige Öl-Wasser-Mischungen effizient aufzutrennen und zeigen ein Fouling durch die Ölphase. Superoleophobe Ausrüstungen basierend auf Fluoralkanen umgehen dieses Problem, sind aber aufgrund der Debatte über die Umwelt-Persistenz der Fluorverbindungen nicht mehr zukunftssicher.

Daher wird im vorliegenden Antrag die Nutzung superhydrophiler Filter untersucht, die im nassen Zustand zusätzlich superoleophob sind, was den selektiven Durchfluss der wässrigen Phase ermöglicht. Hierbei kommen bereits am DTNW etablierte Methoden sowie vielversprechende literaturbekannte Ansätze zur Herstellung superhydrophiler Textilien und Filter zur Anwendung. Als Komponenten werden preislich günstige und umweltverträgliche Stoffe verwendet, sodass diese Ansätze ein großes Umsetzungspotenzial aufweisen. Untersuchungen zur Effizienz und Lebensdauer der erhaltenen Filter werden wichtige Informationen im Hinblick auf industrielle Anwendungen liefern und somit das Potenzial dieser Technologie verdeutlichen.

Durch das Projektergebnis werden insbesondere KMU in die Lage versetzt, neue Produkte (Filter und Filtrationsanlagen) kostengünstig und konkurrenzfähig zu produzieren und in kürzester Zeit in den Markt einzuführen.

Neben einer wirtschaftlichen Stärkung der deutschen Textilindustrie wird die Bereitstellung umweltfreundlicher Ausgangsmaterialien zu einer verbesserten Aufreinigung von mit Öl verschmutzen Wässern führen dies stellt einen gesamtvolkswirtschaftlichen Nutzen dar.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Filtermedlen mit superhydrophilen Beschichtungen ausgerüstet und ihr Anwendungspotenzial im Hinblick auf die industriell relevante Trennung von Öl-Wasser-Gemischen evaluiert. Der Fokus lag abei auf der Abscheidung von fein dispergierten Öltröpfchen (< 10 pm). Es konnten folgende Ergebnisse erzielt werden:

1. Für die standardisierten PET-Gewebe und Viiesstoffe konnte die Stabilität von hydrophilen Beschichtungen nachgewiesen werden. Zu den getesteten Ausrüstungen gehören kommerzielle Polymere wie Alginat, Polyvinylpyrrolidon, sowie Sutfobetain modifiziertes Polyvinylamin (PVAm-SB), die als zwitterrionische Verbindung hergestellt wurde.

2. Die PVAm-SB Beschichtungen wurden hinsichtlich der Verbesserung der Abscheide- und Anti-Fouling-Leistung von kommerziellen Filtermedien getestet. Die hinterlegenden Mechanismen des Abscheidemechanismus von feindispersen Ölen wurden identifiziert.

3. Durch die PVAm-SB-Beschichtungen wurde eine Steigerung der Abscheideleistung um 30% bei feinporigen (4 pm) bis hin zur dreifachen Steigerung bei grobporigen Medien erreicht. Die Trennwerte variieren in Abhängigkeit von den Medienparametern und dem Fasermaterial (PP, PES) sowie von den verwendeten Testflüssigkeiten. Die Verbesserung der Abscheideleistung durch die zwitterionische Beschichtung konnte jedoch für alle getesteten Filtermedien eindeutig nachgewiesen werden.

Der angewandte konventionelle Veredelungsprozess sowie die kostengünstige Herstellung der entwickelten VAm-SB-Verbindung erlauben es, das Anwendungspotential der Ergebnisse als schnell und wirtschaftlich einzuschätzen.