Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Mosaik-Hohlfasermembranen durch direktes Spinnen mit Polyelektrolyten

Produktströme und Abwässer mit Restsalzgehalten verhindern in der Industrie zumeist eine effektive Kreislaufschließung und das Erreichen des ZLD sowie erschweren die Aufbereitung der Produkte. Mit einer Mosaik-Membran ließe sich in einem druckgetriebenen und daher apparatetechnisch einfachen Prozess die Trennung aller Ionen von niedermolekularen organischen Verbindungen erreichen. Eine kommerzielle Mosaikmembran ist aufgrund der komplexen Herstellungsverfahren bisher nicht verfügbar.

Mit diesem Forschungsvorhaben streben wir die Entwicklung einer neuartigen Mosaik-Hohlfasermembran an, die in einem einstufigen direkten und skalierbaren Spinnverfahren durch den Einsatz von Polyelektrolyten (PEL) hergestellt wird. Die PEL bilden dabei eine Mosaikstruktur aus unterschiedlich geladenen Bereichen auf der Innenseite der Membran, die den Ionentransport ermöglichen. Zusätzlich ist die Schicht so dicht, dass niedermolekulare organische Verbindungen zurückgehalten werden. In Screening-Versuchen sollen zunächst die optimalen PEL identifiziert werden und dann die entwickelten Hohlfasermembranen charakterisiert werden. Ziel ist der Nachweis eines negativen Salzrückhalts bei gleichzeitig hohem Rückhalt (90%) von niedermolekularen organischen Verbindungen größer 500 Da. Die Anwendungsentwicklung wird in enger Zusammenarbeit mit den Firmen im projektbegleitenden Ausschuss stattfinden, um frühzeitig mögliche Hindernisse zu identifizieren und zu überwinden.

Da keine Investitionskosten nötig sind, um das Konzept kommerziell umzusetzen, ermöglicht es für KMU aus dem Bereich Membranherstellung eine schnelle Erweiterung ihres Produktspektrums. Die entwickelten Hohlfasermembranen können in Standardmodulen konfektioniert werden und bieten für KMU aus dem Bereich Anlagenbau die Möglichkeit diese in bestehende Anlagentypen einzusetzen und so vielzählige Kunden, die an Wasseraufbereitung und Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe interessiert sind, zu gewinnen.

Ergebniszusammenfassung:

In diesem Forschungsvorhaben wurde eine neuartige Mosaik-Hohlfasermembran entwickelt, die in einem einstufigen direkten und skalierbaren Spinnverfahren durch den Einsatz von Polyelektrolyten hergestellt wurde. Die Herstellungsmethode lässt sich in bestehende Spinnprozesse integrieren ohne das zusätzliche Prozessschritte nötig sind. Zusätzlich wurde ein geeignetes Stoffsystem gefunden, dessen Ausgangsstoffe kostengünstig und kommerziell verfügbar sind. Somit sind die Voraussetzungen für einen schnellen Transfer in industrielle Anwendungen erfüllt.

Im Forschungsvorhaben wurden geeignete Herstellungsparameter entwickelt und die hergestellten Membranen hinsichtlich des Flusses und des Rückhalts von Salzen sowie organischen Komponenten untersucht. Es konnte eine adsorbierte Polyelektrolytschicht auf der Innenseite der Membran nachgewiesen werden. Diese ermöglicht die Abtrennung von Salzen aus organischen Substanzen wodurch die Trennleistung im Vergleich zu anderen Verfahren deutlich höher ist und somit im Einsatz eine größere Energie und Ressourceneffizienz erzielt werden kann. Das erfolgreich abgeschlossene Forschungsvorhaben sehen wir als sehr guten Ausgangspunkt für KMUs der Membranherstellung, dieses Produkt umsetzen zu können.

• Entwicklung einer neuen Methode für die einstufige Herstellung von einer neuartigen Mosaik-Hohlfasermembran.

• Die Herstellungsmethode ist skalierbar und lässt sich einfach in bestehende Spinnprozesse integrieren.

• Ein geeignetes Stoffsystem mit kostengünstigen und kommerziell verfügbaren Ausgangsstoffen wurde gefunden.

• Geeignete Herstellungsparameter wurden entwickelt.

• Erfolgreiche Trennung von einem Salz (Natriumchlorid) aus einer Lösung mit einer organischen Komponente (Lactose).