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Nanomembrane-Nanoporöse keramische Membranen zur nachhaltigen Wasser- und Lösemitteleinsparung durch Kreislaufschließung

Abschlussbericht, Laufzeit: 01.05.2010 - 30.04.2013
 
: Kätzel, U.; Voigt, Ingolf

Darmstadt, 2013, 232 S.
Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF
03X0080A-E
Deutsch
Bericht
Fraunhofer IKTS ()
Trennleistung; Membranentwicklung; chemische Stabilität; Zellstoffgewinnung; Textilveredlung

Abstract
Im vorliegenden Projekt sollten neue keramische Nanofiltrationsmembranen mit reduzierter Trenngrenze und erhöhter chemischer Stabilität entwickelt werden. Diese Membranen sollten in verschiedenen Anwendungen erprobt werden. Dies sollte einerseits dazu dienen, die Stabilität und Trennleistung der Membranen unter Anwendungsbedingungen zu überprüfen. Andererseits sollten auf diesem Wege die Anforderungen an die Membranen klar herausgearbeitet werden, was sich unmittelbar in einer gezielten Optimierung der Trenneigenschaften im Rahmen der Membranentwicklung niederschlagen sollte. Im Einzelnen wurden folgende wissenschaftlich-technischen Ziele verfolgt: Entwicklung von NF-Membranen mit einer Trenngrenze 200g/mol; Entwicklung pH-stabiler NF-Membranen; Entwicklung organophiler NF-Membranen; Bau und Anpassung von Versuchsanlagen; Labor- und Pilotversuche mit Lösemitteln und Abwässern aus den Branchen Chemie, Textil, Metall, Papier; Ökobilanzierung / Ganzheitliche Bilanzierung. Im Rahmen des Verbund Projektes wurden folgende wissenschaftlich-technische Ergebnisse erzielt: Erstmalig gelang die Synthese keramischer NF-Membranen mit einer Trenngrenze von annähernd 200 g/mol bei einem spezifischen Wasserfluss von 9 l/(m 2 x h x bar). Die systematische Untersuchung der pH-Stabilität durch zweistündige Filtration von Salzsäure und Natronlauge, anschließender Spülung mit Wasser und Beistimmung des Rückhaltes mit PEG 200 zeigte eine Stabilität in HCI bis 2 mol/l (7,2 %) bei 25 °C und in NaOH bis 4 mol/l (16 %) bei 60 °C. Im organischen Lösemittel zeigten die untersuchten Membranen je nach verwendetem Lösemittel sehr unterschiedliches und bisher nicht beschreibbares Verhalten. Die besten Rückhaltungen wurden in THF mit einem Cut-off von 350 g/mol bei einem spezifischen Fluss von 3,5 l/(m 2 x h x bar) erreicht. Die Herstellung der neuen keramischen NF-Membran wurde vom Labormaßstab (0,0055 m 2) auf den technischen Maßstab (0,25 m 2) übertragen. Im Rahmen des Projektes wurden 10 verschiedene Labor- und Pilotanlagen für die Membrancharakterisierung und -erprobung eingesetzt. Darüber hinaus gelangen die Entwicklung und der Bau einer Filtrationstestanlage für organische Lösemittel, die durch eine benannte Stelle abgenommen und anschließend bei der Merck für die Pilotversuche eingesetzt wurde. Die Anwendungsversuche in der Chemie, Metallverarbeitenden Industrie, Textilveredelung, Papier- und Zellstoffherstellung bestätigten die verbesserte Rückhaltung von gelösten Molekülen, Farbstoffen, Tensiden und mehrwertigen Salzen gegenüber der bisherigen kommerziell verfügbaren Membranen. Bei der Aufbereitung von Spülbädern bei der Reinigung von Metallteilen sowie der Aufbereitung von Bleichlaugen aus der Zellstoffherstellung zeigten die Betrachtungen Ansätze für einen wirtschaftlichen Einsatz der Membranen. Im Rahmen der ganzheitlichen Bilanzierung konnte gezeigt werden, dass sich der Einsatz keramischer Nanofiltrationsmembranen zur Aufbereitung von flüssigen Abfallströmen bzw. Abwasserströmen ökologisch lohnen kann. Durch die Analyse der konkreten Beispiele und den Versuch der Verallgemeinerung der Aussagen wurde eine Basis an Know-how geschaffen, die in Zukunft die Erstellung anwendungs- und betriebsspezifischer Ökobilanzen für den Einsatz keramischer Nanofiltrationsmembranen ermöglicht.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-311635.html