Synthetische Membranen — Herstellung, Struktur und Anwendung

Authors


  • Professor Klaus Weissermel zum 60. Geburtstag gewidmet

Abstract

Im letzten Jahrzehnt sind die synthetischen Membranen aus ihrem Schattendasein herausgetreten, das sie lange Zeit zunächst als Membranfilter, später zusätzlich als Dialyse- und Ionenaustauscher-Membranen geführt haben. Ein wesentlicher Fortschritt in Richtung auf eine wirtschaftliche Verwendung war die Entwicklung von heterogenen und homogenen Ionenaustauscher-Membranen auf Kunstharzbasis in den fünfziger Jahren; dies führte 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 für Elektrosynthesen, Batterieseparatoren und die Chlor-Alkali-Elektrolyse erforderten aber wesentlich resistentere Membranen, deren Herstellung erst in den letzten Jahren aufgrund der Entwicklung chemisch äußerst beständiger ionischer Polymere möglich wurde. So haben z. B. Ionenaustauscher-Membranen auf der Basis von Perfluorpolymeren große Bedeutung gewonnen. — Völlig andere Forderungen ergaben sich an Membranen für die Brack- und Meerwasserentsalzung und allgemein für die Ultrafiltration und Hyperfiltration, z. B. in der Nahrungsmittel- und Automobilindustrie oder auch in der chemischen Industrie. Die Grundlagen für 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 Permeabilitäen dürfen höchstens Dicken von 1000 bis 3000 Å haben. Die Herstellung derart dünner Filme war anfangs nur in Form asymmetrischer Membranen möglich, bei denen während der Membranbildung ein dünner Film auf einer porösen Stützmatrix entsteht. Da sich aber nur wenige Polymere zu asymmetrischen Membranen verarbeiten lassen, bedurfte es neuer Methoden zur Herstellung dünnster Filme. Es gelang, integrierte Membranen aus einer Stützmatrix und mechanisch sowie chemisch stabileren Filmen mit Dicken von teilweise nur 50 Å zu erzeugen. Mit den asymmetrischen und integrierten Membranen hat die Membranentwicklung einen gewissen Abschluß erreicht. Weiter gesteckte Ziele zur Herstellung von Membranen für sehr spezifische Trennprozesse, z. B. die Abtrennung von Schwermetallen aus Abwässern oder die selektive Anreicherung von Gasen, sind bereits in Angriff genommen worden. Für eine erfolgreiche Entwicklung auf diesen Gebieten erscheint es aber unerläßlich, Kenntnisse aus dem Bereich biologischer Membranen zu übertragen.

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