Trennung leicht gemacht: Filtrationsmembranen für die Wasseraufbereitung Membranherstellung erleben

Beschreibung

Wasser ist für das Leben auf der Erde unverzichtbar. Sauberes Trinkwasser ist ein kostbares Gut, das nicht überall auf der Welt verfügbar ist. Für eine ausreichende Versorgung mit sauberem Wasser müssen daher auch unkonventionelle Quellen (Meerwasser, Abwasser etc.) genutzt werden. Mit Hilfe der Membrantechnik wird zum Beispiel Trinkwasser aus salzhaltigem Meerwasser hergestellt (Entsalzung durch Umkehrosmose). Die Membrantechnik wird aber auch eingesetzt, um Schadstoffe, Viren oder Bakterien aus Rohwasser zu entfernen. In den meisten Fällen werden poröse Membranen verwendet, deren Porengröße je nach Trennaufgabe im Bereich von wenigen Nanometern (nm) bis zu Mikrometern (µm) liegt (zum Vergleich: Die durchschnittliche Dicke menschlicher Haare beträgt 50 - 80 µm). Die Trennung erfolgt durch Größenausschluss (Siebwirkung). Das bedeutet, dass Stoffe im Wasser, die größer als die Poren sind, zurückgehalten werden. Das Verfahren der Membranfiltration und der Einfluss der Porengröße auf das Trennverhalten wird anhand einer Ultrafiltrationsmembran (Porengröße 100 nm) und einer Mikrofiltrationsmembran (Porengröße >> 100 nm) demonstriert.
Poröse Polymermembranen werden üblicherweise durch ein Lösungsfällungsverfahren hergestellt. Das heißt, eine Polymerlösung wird zu einem Film (Flachmembran) ausgezogen oder durch eine Düse zu einer Hohlfaser (Hohlfasermembran) gesponnen. Der Film oder die Hohlfaser wird dann in ein Nichtlösungsmittel, typischerweise Wasser, überführt, wodurch das Polymer ausgefällt wird. Durch Einstellen der Prozessparameter (Konzentration, Temperatur, Zusatzstoffe usw.) werden die Porengröße und andere Membraneigenschaften gesteuert. Dieser Herstellungsprozess kann von den Besuchern in eigenen Versuchen nachvollzogen und die erhaltenen Membranen in einem einfachen Filtrationsexperiment getestet werden.