Synthetische Membranen — Herstellung, Struktur und Anwendung

Abstract

Im letzten Jahrzehnt sind die synthetischen Membranen aus ihrem Schattendasein herausgetreten, das gie lange Zeit zunachst als Membranfilter, spater zusatzlich als Dialyse-und Ionenaustauscher-Membranen gefuhrt haben. Ein wesentlicher Fortschritt in Richtung auf eine wirtschaftliche Verwendung war die Entwicklung von heterogenen und homogenen Ionenaustauscher-Membranen auf Kunstharzbasis in den funfziger Jahren; dies fuhrte zu einer vermehrten Anwendung der Elektrodialyse. Ionenaustauscher-Membranen der ersten Generation wurden und werden in Japan unter anderem zur Salzgewinnung durch Elektrodialyse aus Meerwasser verwendet. Die potentiellen Anwendungen fur Elektrosynthesen, Batterieseparatoren und die Chlor-Alkali-Elektrolyse erforderten aber wesentlich resistentere Mernbranen, deren Herstellung erst in den letzten Jahren aufgrund der Entwicklung chemisch aul3erst bestandiger ionischer Polymere moglich wurde. So haben z. B. Ionenaustauscher-Membranen auf der Basis von Perfluorpolymeren grol3e Bedeutung gewonnen. -Vollig andere Forderungen ergaben sich an Membranen fur die Brack-und Meerwasserentsalzung und allgemein fur die Ultrafiltration und Hyperfiltration, z. B. in der Nahrungsmittel-und Autornobilindustrie oder auch in der chemischen Industrie. Die Grundlagen fur die Entwicklung geeigneter Membranen wurden durch ein umfangreiches Programm zur Gewinnung von Trinkwasser aus Brack-und Meerwasser in den sechziger Jahren in den USA gelegt. Die Fortschritte wurden einerseits durch Anwendung elektronenmikroskopischer Methoden zur Strukturuntersuchung und andererseits durch Anwendung moderner Verfahren der Polymerchemie erreicht. Membranen mit wirtschaftlichen Permeabilitaten durfen hochstens Dicken von 1000 bis 3000 a haben. Die Herstellung derart dunner Filme war anfangs nur in Form asymmetrischer Membranen moglich, bei denen wahrend der Membranbildung ein dunner Film auf einer porosen Stutzmatrix entsteht. Da sich aber nur wenige Polymere zu asymmetrischen Membranen verarbeiten lassen, bedurfte es neuer Methoden zur Herstellung dunnster Filme. Es gelang, integrierte Membranen aus einer Stutzmatrix und mechanisch sowie chemisch stabileren Filmen mit Dicken von teilweise nur 50 A zu erzeugen. Mit den asymmetrischen und integrierten Membranen hat die Membranentwicklung einen gewissen AbschluD erreicht. Weiter gesteckte Ziele zur Herstellung von Membranen fur sehr spezifische Trennprozesse, z. B. die Abtrennung von Schwermetallen aus Abwassern oder die selektive Anreicherung von Gasen, sind bereits in Angriff genommen worden. Fur eine erfolgreiche Entwicklung auf diesen Gebieten erscheint es aber unerlaBlich, Kenntnisse aus dem Bereich biologischer Membranen zu ubertragen. EinleitungMembranen waren und sind Gegenstand intensiver Forschungsarbeiten im Bereich der Physikalischen Chemie, der Polymerchemie, der Biologie, Medizin und Physiolo-670 0 Verlag Chemie GmbH. 0-6940 Weinheim. 1982 0044-8249/82/0909-0670 S 02.50/0 Angew. Chem. 94 (1982) 670-695 Angew. Chem. 94 (1982) 670-695

Structure of perfluorinated membranes investigated by method of standard contact porosimetry

“…It is well-established now that the structure of membranes controls their transport properties [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10]. Therefore one of the most important aspects of membrane characterization is the obtaining of authentic information concerning membrane structure at different levels of its construction.…”

Die industrielle Anwendung der Nanofiltration – Potenziale, Erfahrungen und Grenzen

“…Erste Anwendungen fanden Membranen, die man heute der Nanofiltration (NF) zuordnet, in der Vorreinigung von Rohwasser vor Umkehrosmoseanlagen bereits in den 1970er Jahren, als man neben Umkehrosmosemembranen (RO-Membranen) mit sehr hohem Salzrückhalt auch Membranen mit geringerem Salzrückhalt untersuchte. Diese stammten aus den gleichen Herstellungsprozessen [4], mit denen RO-Membranen produziert wurden. Hervorgegangen sind sie höchstwahrscheinlich aus Aktivitäten zur Verbesserung von RO-Membranen bzw.…”