Keramiske membraner adskiller bittesmå organiske molekyler med en molær masse på 200 Dalton

Vand er vigtigt – derfor spildevand skal renses så effektivt som muligt. Keramiske membraner gør dette muligt. Forskere fra Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS i Hermsdorf, Tyskland var i stand til at reducere adskillelsesgrænserne for disse membraner betydeligt og pålideligt frafiltrere opløste organiske molekyler med en molmasse på kun 200 Dalton. Selv industrielt spildevand kan således renses effektivt.

Enhver, der har slæbt sig ad en solrig kyststi i højden af ​​sommeren med for lidt vand i tasken, ved alt for godt:uden vand, vi kan ikke gøre det for langt. Vand er et af livets grundlag. I industrien, vand er et must, samt:i mange produktionsprocesser, det tjener som opløsningsmiddel, vaskepulver, til afkøling eller til at overføre varme. Efterhånden som der forbruges mere og mere vand, spildevand skal behandles og genbruges. Keramiske membraner er en god måde at gøre dette på:Da de er adskilt mekanisk - ligesom et kaffefilter - er de særligt energieffektive. Imidlertid, denne metode sluttede tidligere, da en molekylstørrelse på 450 Dalton blev nået:mindre molekyler kunne ikke adskilles med keramiske membraner. Ifølge eksperter, det blev endda anset for umuligt at gå under denne grænse.

Molekyler så små som 200 Dalton kan adskilles

Dr. Ingolf Voigt, Dr.-Ing. Hannes Richter og Dipl.-Chem. Petra Puhlfuerss fra Fraunhofer IKTS har opnået det umulige. "Med vores keramiske membraner, vi har opnået, for første gang, en molekylær adskillelsesgrænse på 200 Dalton – og, derved, en helt ny kvalitet, siger Voigt, Viceinstitutdirektør for IKTS og Site Manager i Hermsdorf.

Men hvordan lykkedes det forskerne at gøre dette? På vej til at gøre det umulige muligt, det var først nødvendigt at overvinde forskellige forhindringer. Den første var i produktionen af ​​selve membranen:hvis sådanne små molekyler skulle adskilles pålideligt, der skulle en membran til, der havde porer, der var mindre end de molekyler, som skulle adskilles. Ud over, alle porerne skulle være så ens i størrelse som muligt, da en enkelt større åbning er tilstrækkelig til at tillade molekyler at slippe igennem. Udfordringen var derfor at producere så små porer som muligt, hvor de alle har mere eller mindre samme størrelse. "Vi opnåede disse resultater ved at forfine sol-gel teknologi, " siger Richter, Afdelingsleder ved IKTS. Den anden forhindring var at gøre sådanne membranlag defektfri over større overflader. Det er lykkedes for Fraunhofer-forskerne at gøre dette, såvel. "Mens kun få kvadratcentimeter overflade normalt er belagt, vi udstyrede et pilotsystem med et membranareal på 234 kvadratmeter, hvilket betyder, at vores membran er flere størrelser større, " forklarer Puhlfuerss, videnskabsmand ved IKTS.

Overførsel fra laboratoriet til praksis

bestilt af Shell, pilotsystemet er bygget af firmaet Andreas Junghans – Anlagenbau und Edelstahlbearbeitung GmbH &Co. KG i Frankenberg, Tyskland og er beliggende i Alberta, Canada. Der har systemet med succes renset spildevand siden 2016, som bruges til udvinding af olie fra oliesand. Forskerne planlægger i øjeblikket et indledende produktionsanlæg med et membranareal på mere end 5, 000 kvadratmeter.

De innovative keramiske membraner tilbyder også fordele i industrielle produktionsprocesser:de kan bruges til at rense delstrømme direkte i processen samt til at lede det rensede vand i kredsløbet, hvilket sparer vand og energi.

Til udvikling af den keramiske nanofiltreringsmembran, Dr. Ingolf Voigt, Dr.-Ing. Hannes Richter og Dipl.-Chem. Petra Puhlfuerss modtog dette års Joseph von Fraunhofer-pris. Juryen begrunder prisen med at nævne, blandt andet, "den første realisering nogensinde til filtreringsapplikationer inden for denne materialeklasse."