Verbesserte Selektivität von Trennmembranen
Gastrennung durch selektiv permeable Membrane kommt bei der Rückgewinnung von Wasserstoffgas, der Entfernung von Kohlendioxid (CO2), der Luftentfeuchtung und vielen weiteren Anwendungen zum Einsatz. Das Projekt "Multicomponent nanostructured materials for separation membranes" (Compose) plante die Entwicklung neuartiger nanostruktureller Werkstoffe mit hochselektiver Permeabilität zur Regulierung des Stoffflusses. Die Forscher konzentrierten sich auf zwei Arten von nanostrukturellen Werkstoffen, die hybriden und die selbstorganisierenden Werkstoffe. Während die selektive Gastrennung mithilfe von Polymermembranen einen schnell wachsenden Teilbereich der Membrantechnologie darstellt, sind bestehende Werkstoffe häufig ungeeignet, da die Permeabilität auf Kosten der Selektivität verloren geht und umgekehrt. Hybride Werkstoffe (aus organischen und anorganischen Bestandteilen) wie beispielsweise Mixed-Matrix-Membrane (MMM), die durch die Einfügung anorganischer Partikel in organische Polymerstrukturen entstehen, können die Gastrennungseigenschaften erheblich verbessern. Selbstorganisierte supramolekulare Copolymere, auf der anderen Seite, organisieren sich aufgrund chemischer und physikalischer Eigenschaften selbst und bilden dünne Schichten, die einer Zellmembran ähnlich sind, die die interne und externe Zellenumgebung selektiv voneinander trennt. Durch das Verständnis und die Erforschung der natürlichen Organisation können vollkommen neue Modelle für die Trennmembran-Technologie entstehen. Die Forscher konnten verschiedene Arten von Mixed-Matrix-Membranen mit vielversprechenden Resultaten erzeugen. Membrane, bei denen Nanopartikel (NP) in Polymere eingefügt wurden, darunter auch Polyacetylene, zellulosebasierte Polymere und Polydimethylsiloxane, wiesen eine exzellente Permeabilität und eine wesentlich verbesserte Selektivität auf. Forscher setzten außerdem eine Kombination aus selbstorganisierten und klassischen Membranen ein, um eine Membran zu erzeugen, die über eine hochgeordnete selbstorganisierende obere Schicht über einer porösen ungeordneten Stützschicht verfügt. Compose entwickelte neue nanostrukturelle Werkstoffe und wandelte diese in Trennmembrane um, wodurch sowohl Permeabilität als auch Selektivität verbessert werden konnten. Die kommerzielle Verfügbarkeit dieser Membrane kann den selektiven Transport und die selektive Trennung in einer Vielzahl von Gebieten verbessern und hätte positive Auswirkungen auf europäische Industrie- und Energieanwendungen, die CO2-Abscheidung und die globale Erwärmung.
