Asymmetrische Polymer-Filtermembranen nach Maß für die Fein- und Ultrafiltration

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  • Michael Puhlmann, HTW Dresden, Achemareporter
  • Jonas Guhlmann, HTW Dresden, Achemareporter

#achema2018 – Der Firma 3M ist die Optimierung asymmetrischer Filtermembranen gelungen. Mit diesen lassen sich kleine Trennkorngrößen bei einem niedrigen Druckverlust realisieren. Dies ist aufgrund von sehr geringen Trennschichtdicken von nur 10 bis 20 µm möglich. Die umliegende, grobporigere Membran sorgt für ausreichende Stabilität und schützt die Trenn­schicht vor mechanischen Verletzungen. Weiterhin kann sie als Tiefenfilter genutzt werden. Der genaue Aufbau der Membran sowie die Dicke der Trennschicht kann über die Prozess­bedingungen gesteuert und somit flexibel an die Bedürfnisse des Kunden angepasst werden. So können beispielsweise Druckverlust und benötigte Zuverlässigkeit der Filterwirkung über die Dicke der Trennschicht optimiert werden. Die Lebensdauer der Membran beträgt je nach Einsatzgebiet bis zu zehn Jahre. Durch den Wegfall von Filtrierhilfsmitteln liefern sie einen Beitrag zum Umweltschutz und der Ressourcenschonung.

Die Herstellung der Membranen ist über drei verschiedene Verfahren möglich: Beim SIPS-Verfahren (Solvent Induced Phase Separation) erfolgt die Abscheidung der Membran durch Ausfällung des Polymers aus einer Lösung. Das TIPS-Verfahren (Thermally Induced Phase Separation) basiert auf der Abscheidung der Membran durch Abkühlung einer Polymer-Schmelze unter definierten Bedingungen. Eine weitere Möglichkeit ist die Einbringung von Öltröpfchen ins feste Polymer und eine anschließende Extrusion (Dry-Stretch-Verfahren). Aufgrund der kristallinen und amorphen Bestandteile von Polymeren können definierte Poren erzeugt werden, mithilfe derer die Filterwirkung erzielt wird. Als Werkstoff werden Polypropylen und Polyethersulfon verwendet.

Die so hergestellten Filter besitzen gegenüber konventionellen Komposit­membranen eine deutlich höhere mechanische Stabilität. Bei diesen wird das Polymer auf einem Gewebe abgeschieden. Die von 3M entwickelten Membranen können auch in Form von Kapillarform produziert werden, wodurch Filter mit einer hohen Packungs­dichte realisiert werden können. Zur Anwendung kommen sie bei der Fein- und Ultrafiltration von Prozess- und Trinkwasser, in der Pharmazie, der Biotechnologie sowie der Lebensmitteltechnik. Als konkretes Anwendungsbeispiel lässt sich z.B. die Bier- und Weinfiltration nennen.

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