CNT-Membran: Nanoporöse Membranen hohen spezifischen Flusses aus orientierten CNTs für die energieeffiziente Aufbereitung von Ab- und Prozesswässern der Erdöl- und Erdgasindustrie

Kohlenstoff-Nanoröhrchen (carbon nanotubes, CNT) stellen eine bedeutende Klasse der Kohlenstoff-basierten Nanomaterialien dar, für die zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere im Bereich der Filtration, diskutiert werden. Bei erfolgreicher Projektbearbeitung werden erstmalig praktisch einsetzbare CNT-Membranen existieren, die vielfache Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Membranen aufweisen und für die Aufbereitung von Prozesswasser insbesondere der Erdöl- und Erdgasförderung geeignet sind. Durch die entwicklungsbegleitende Betrachtung von ökonomischen, ökologischen und ökotoxikologischen Aspekten soll eine nachhaltige Entwicklung der neuen Filtrationstechnologie gewährleistet werden.

Ziel

Das Ziel ist die Entwicklung und Erprobung von CNT-haltigen Membranen zur effizienten Wasseraufbereitung durch Nano- und Ultrafiltration im Bereich der Abwasser- und Prozesswasserbehandlung in der metallverarbeitenden Industrie sowie der Erdöl- und Erdgasförderung.
Das Projekt fokussiert auf eine nachhaltige Wasserwirtschaft:

• durch eine an die spezifischen Gegebenheiten der Erdöl- und Erdgasförderung sowie der metallverarbeitenden Industrie angepasste Abwassertechnologie
• durch die Mehrfachnutzung von Wasser
• durch das Schließen von Stoff- und Wasserkreisläufen, die mit einer Prüfung der ökotoxikologischen Vorteile und Risiken der neuen Technologie einhergehen

Arbeitsschwerpunkte

Es sollen ausgerichtete CNT in einer impermeablen Matrix erzeugt werden, um einen selektiven Stofftransport durch die Innenräume der CNT sowie durch die Netzebenenabstände des Kohlenstoffs zu realisieren. Zur Risikominimierung werden drei grundlegende Strategien verfolgt:

• CNT/Polymer-Kompositmembranen
• CNT/Keramik-Kompositmembran
• CNT/Kohlenstoff-Kompositmembran

Die Oberflächeneigenschaften von CNT, Matrix- und Trägermaterial sollen charakterisiert und
gezielt modifiziert werden. Dabei soll ein innovatives Verfahren zur Prädiktion der CNT-
Dispergierbarkeit in Matrices bzw. der CNT-Wechselwirkung mit Oberflächen durch
analytische Zentrifugation eingesetzt werden. Die neuartigen CNT-Membranen sollen in
Kombination mit weiteren Aufbereitungsverfahren, wie Zentrifugation, Flotation, Mikro- und Ultrafiltration an realen Wässern der Erdöl- und Erdgasförderung sowie der metallverarbeitenden Industrie getestet und das Gesamtverfahren ökonomisch, ökologisch und ökotoxikologisch evaluiert werden.