Für die Wasserfiltration steht heute bereits eine ganze Reihe unterschiedlicher Membrantypen zur Verfügung. Gemeinsam ist diesen kommerziell eingesetzten Membranen, dass im Wesentlichen die unterschiedlichen Trenngrenzen für den Größenausschluss funktionell genutzt werden. Die darunterliegende poröse Struktur, die eine hohe spezifische Oberfläche bietet, bleibt dagegen ungenutzt. In diesem Vorhaben werden Materialien und Verfahren entwickelt, um die Membran vollständig räumlich zu nutzen. Hierfür werden neue Beschichtungsmaterialien und neue partikuläre Additive entwickelt. Diese werden entweder direkt in den Herstellungsprozess oder in einem Nachbehandlungsschritt in die Membran integriert. Durch diesen Ansatz sind Membranen zugänglich, die zusätzlich zur ihrer Filtrationsfunktion in Wasser gelöste Stoffe adsorptiv binden können.
Durch eine innovative Integration von funktionellen Beschichtungen und oberflächenmodifizierten Partikeln in Membranen sollen Mixed-Matrix Membranadsorber mit multifunktionellen inneren Oberflächen entwickelt werden, die unterschiedliche Stoffgruppen mit hoher Kapazität und Selektivität binden. Solche Systeme sollen dann für ausgewählte Anwendungen in den Pilotmaßstab überführt und deren Eignung an realen Prozessströmen demonstriert werden. Dieser Ansatz kann flexibel an wechselnde Trennaufgaben in der Wasserwirtschaft adaptiert werden.
In einem ersten Schritt werden parallel Materialbibliotheken für die Beschichtung und für funktionelle Partikel aufgebaut und Verfahren zur Integration dieser Materialien in Membranen entwickelt. Diese Entwicklungen werden dann in einem zweiten Schritt zusammengeführt und in einem dritten Schritt in den Pilotmaßstab auf skaliert. Auf jeder Entwicklungsebene werden Funktionstests durchgeführt (Abtrennung von Mikroschadstoffen und Schwermetallen) und die vielversprechendsten Ansätze selektiert. Zum Abschluss werden Demonstrator-Module mit bis zu 0,5 m² Membrantrennfläche in Feldtests mit realen Trennproblemen getestet.
Das Projektkonsortium besteht aus dem Lehrstuhl für Technische Chemie II der Universität Duisburg-Essen, dem Fraunhofer Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik, sowie den beiden Unternehmen poromembrane und FUMATECH BWT. Die Partner bringen dabei jeweils komplementäres Know-how in das Projekt ein.
Dr. Thomas Schiestel
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB)
70569 Stuttgart
Universität Duisburg-Essen,
Lehrstuhl für Technische Chemie II
Bildnachweis: ©Fraunhofer IGB