KerWas: Dünnwandige, keramische Membranen angepasster Benetzbarkeit und hoher volumenspezifischer Membranfläche für die Nanofiltration und Membrandestillation zur nachhaltigen Aufbereitung von salzhaltigen Wässern

Im vorliegenden Projekt sollen dünnwandige, keramische Membranen angepasster Benetzbarkeit und hoher volumenspezifischer Membranfläche entwickelt und zur nachhaltigen Aufbereitung von Bergbauabwässern mittels Nanofiltration und Membrandestillation erprobt werden.
Die Filtration von Bergbauwässern ist in Bezug auf Trübstoffe und Scaling mit hohem Risiko für Abrasion und Modulverblockung verbunden, weshalb der Einsatz keramischer Membranen sinnvoll ist. Gleichzeitig handelt es sich um hohe Volumenströme, so dass große Membranflächen zum Einsatz kommen und preiswerte Membranen mit hoher volumenspezifischer Membranfläche benötigt werden.
Im Verbund wird die gesamte Wertschöpfungskette von der Membranentwicklung, über die Membranherstellung, die Verfahrensentwicklung, den Anlagenbau bis hin zur Anwendung abgebildet.

Ziel

Ziel ist die Entwicklung keramischer Membranen aus Siliciumcarbid (SiC) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) in Form von Waben und Hohlfaserbündeln mit hydrophoben Makroporen für die Membrandestillation und hydrophilen Nanoporen für die Nanofiltration.
Die Verwendung poröser keramischer Waben und Hohlfaserbündel reduziert den manuellen Handlingsaufwand und damit die Herstellungskosten erheblich. Jedoch stellen die engen, dünnwandigen, großvolumigen Bauteile und die Verwendung in der Querstrom-Filtration und Membrandestillation hohe werkstoffliche Herausforderungen in Bezug auf das Design, die Extrusion, die defektfreie Beschichtung mit NF-Membranen und die gezielte Einstellung der Benetzbarkeit.

Arbeitsschwerpunkte

Folgende Arbeitsschwerpunkte werden im Projekt KerWas bearbeitet:

• Entwicklung von wabenförmigen Supportgeometrien mit 10 m² Membranfläche pro Membranelement (Strömungsberechnung, Substratdesign, Werkzeugauslegung, Werkzeugbau, Extrusion, Brennen, Handling der schweren Membranelemente, Charakterisieren)
• Entwicklung druckstabiler Membranen auf SiC-Supporten (druckstabile SiC-Supporte, Beschichtung, Charakterisierung)
• Entwicklung hydrophober Hohlfaserbündel mit bis zu 1 m² Membranfläche je Bündel (Hohlfaserspinnen, Bündeln, Potten, Brennen, Hydrophobieren, Charakterisieren)
• Beschichtung von Al₂O₃-Waben (Zwischenschichten, NF-Beschichtung, Charakterisierung)
• Hydrophobe wabenförmige Membranen (Hydrophobierung, Charakterisierung)
• Verfahrens- und Anlagenentwicklung (Nanofiltrationsanalgen und Membrandestillationsanlagen für Labor- und Pilotversuche unter Beachtung des hohen Salzgehaltes, insbesondere Chlorid)
• Laborexperimente zur Ermittlung optimaler Betriebsparameter und Fahrweisen
• Praxisanwendung (saure Bergbauwässer, Flowback-Wässer, Salzlaugen aus dem Kalisalzbergbau)