Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von in situ Antifouling-Beschichtungen für Umkehrosmose-Membranmodule in spezifischen Anwendungen

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von Polymer-basierten Materialien sowie Verarbeitungs- und Aufbringungsprozeduren, um Beschichtungen von Membranen in Umkehrosmose-Modulen zu erzeugen. Diese sollen der Verbesserung der Trennleistung und Trenneffizienz durch die Verminderung von Belagbildung in spezifischen Anwendungen zur Wasserreinigung bzw. Wasseraufbereitung dienen. Durch eine spezifische Antifouling-Beschichtung sollen die Belagbildung verzögert und vermindert, die Intervalle zwischen den Reinigungen verlängert, der Chemikalienverbrauch reduziert sowie die Lebensdauer der Membranmodule verlängert werden können.

Die angestrebten Ergebnisse sind Beschichtungen für zwei exemplarische Umkehrosmose-Anwendungen; die Reinstwassererzeugung für z.B. die pharmazeutische Industrie und die Aufbereitung ölhaltiger Industrieabwässer. Im ersten Schritt werden die wesentlichen Belagbildungsmechanismen identifiziert und die relevanten Betriebsparameter erfasst und untersucht. Die Entwicklung geeigneter Beschichtungsmaterialien und –methoden erfolgt zugeschnitten auf die anwendungsspezifischen Erfordernisse. Im Labormaßstab werden Oberflächeneigenschaften und wirkungsbezogene Merkmale der Beschichtungen untersucht und angepasst. Der Transfer aus dem Labor- in den Modulmaßstab erfolgt exemplarisch an einer ausgewählten Beschichtung und wird mittels eines dafür zu entwickelnden Stresstests auf Wirkung, Stabilität der Funktionalität und Umsetzbarkeit untersucht.

KMU im Anlagenbau, Chemikalienhersteller und –händler, Membranhersteller sowie Ingenieurbüros können die Ergebnisse für die Entwicklung angepasster Spezialisierungen von “Allround-Modulen“ nutzen, um diese mit einer umfassenden Serviceleistung inklusive Gewährleistung anzubieten und damit ihre Geschäftsfelder zu erweitern und neue Märkte zu erschließen. Betreiber von Entsalzungsanlagen profitieren von einer erhöhten Prozesseffizienz und längeren Modullebensdauern.

Ergebniszusammenfassung:

Die wissenschaftlichen Ergebnisse decken eine große Bandbreite von potentiellen Anwendungen ab. Es wurde eine wissensbasierte Plattform erarbeitet mit denen unter unterschiedlichen Anlagenbedingungen Beschichtungen kontrolliert eingestellt werden können. Die potentielle Wirksamkeit hinsichtlich des Foulingverhaltens von Membranen wurde mit unterschiedlichen Modellfoulants gezeigt. Im Praxistest wurde die Wirksamkeit gegenüber Siliziumfouling aufgezeigt. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Beschichtung vollständig oder teilweise abgereinigt werden kann. Damit ist es möglich eine erneute Beschichtung aufzubringen und damit eine Regeneration der Beschichtung und der Antifoulingwirkung zu erzielen.

In Kombination mit den gewonnenen Erkenntnissen über die Zusammenhänge zwischen Beschichtungsdicke und sich einstellender relativer Endpermeanz könnte die Aufbringung einer dünneren Schicht für eine Regeneration erforderlich sein. Dieser Ansatz könnte bei einer technischen Umsetzung weitergehend untersucht werden.

Bereits während der Projektlaufzeit gab es Anfragen von KMU aus dem Kreis des Projektbegleitenden Ausschuss hinsichtlich potentieller Anwendungen für die entwickelten Beschichtungen. Es wird ein großes Potential für die Anwendung in der industriellen Wasseraufbereitung, der Kreislaufführung von Prozesswässern oder dem Recycling von Kühl-Schmierstoff-Emulsionen gesehen.

Einsatzpotenziale für die Beschichtungen gibt es zudem bei Brack- und Grundwässern mit einem hohen Foulingpotential z.B. durch einen hohen Anteil an Tonerden (Aluminiumsilikate) oder durch eine hohe organische Belastung.