Nanofiltration In nur einem Schritt zur Doppel-Membran

Forscher des GKSS-Forschungszentrums haben ein neues Verfahren entwickelt, das mithilfe gleichzeitiger Mikro- und Makrophasentrennung eine hochporöse Doppel-Membranen mit extrem enger Porengrößen-Verteilung erzeugt.

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Helmholtz-Zentrum Geesthacht

Geesthacht – Asymmetrische Blockcopolymer-Membran – hinter dem Begriff verbirgt sich eine Membran, die aus zwei Schichten aufgebaut ist: einer dünnen, isoporösen Schicht aus streng geordneten Blockcopolymeren und einer sich direkt daran anschließenden schwammartigen ungeordneten Schicht aus dem gleichen Material. „Uns ist es gelungen, in nur einem Arbeitsschritt und aus einer Polymerlösung, zwei unterschiedlich strukturierte Membranschichten zu erzeugen“, berichtet Institutsleiter Prof. Dr. Volker Abetz. „Besonderer Clou ist dabei, dass die Neigung zur Selbstorganisation von Blockcopolymeren unter günstigen Bedingungen zur Ausbildung der hoch geordneten porösen Struktur der oberen Membranschicht genutzt werden kann, während die untere Schicht durch einen Ausfällprozess eine schwammartige Struktur entwickelt.“

Ein Arbeitsschritt – zwei Polymerschichten

Bislang mussten die zwei Schichten einer Membran aufwändig und kompliziert mechanisch zusammengesetzt werden. Bei dem von den GKSS-Forschern entwickelten Verfahren, ordnen sich beide Schichten in nur einem Arbeitsschritt von selbst.

Dazu wird die Blockcopolymerlösung auf einen Träger dünn aufgetragen, für kurze Zeit an der Luft gelassen und schließlich in ein Wasserbad gegeben. Während dieser kurzen Zeit organisiert sich die oberste Membranschicht mit einer Größe von 200 nm von selbst zu einer hoch geordneten Struktur (Mikrophasentrennung); gleichzeitig bildet sich im unteren Teil die schwammartige Stützstruktur aus (Makrophasentrennung). „Dieses neue zum Patent angemeldete Verfahren ist sehr einfach und schnell. Allerdings müssen die Ausgangsparameter wie Zusammensetzung des Blockcopolymers und der Gießlösung sowie die Luftverweilzeit sorgfältig bestimmt werden“, erklärt Prof. Dr. Klaus-Viktor Peinemann, der eine solche Membran erstmals entwickelte.

Die obere Membranschicht besitzt einen effektiven Porendurchmesser von rund acht Nanometer – damit können Proteine zurück gehalten werden. Mögliches Anwendungsgebiet für die neue Membran wäre z.B. die Nanofiltration in der Biotechnologie.

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