Prozess der Nanofiltrationsmembrantechnologie und Charakterisierung von Nanofiltrationsmembranen

Bachelor Thesis , 2010 , 53 Pages , Grade: 1,0

Chemistry - Materials Chemistry

1. Einleitung
Membranverfahren finden heute in unterschiedlichsten Bereichen der Industrie Anwendung.
Eine Membran ist definiert als „selektive Barriere zwischen zwei Phasen“.
Membranen können nach der Art ihrer Herstellung, der Porosität und dem verwendeten
Material eingeteilt werden. Daher teilt man sie grob in biologische und synthetische
Membranen ein. Der Stofftransport durch eine Membran kann aktiv oder passiv erfolgen und
durch Druck-, Konzentrations- oder Temperaturdifferenz angetrieben werden [1].
Die Nanofiltration stellt einen Teilbereich der Membrantechnik dar. Nanofiltration wird im
einfachsten Fall als „Prozess zwischen Ultrafiltration und Umkehrosmose“ beschrieben [2].
Die IUPAC empfahl 1996 in der „Terminology for membranes and membrane processes“ für
die Nanofiltration folgende Definition: „pressure-driven membrane-based separation process
in which particles and dissolved molecules smaller than about 2 nm are rejected”. [3]
Zielsetzung dieser Arbeit ist es, einen Überblick über die gängigen Technologien und
Beispiele für Anwendungen der Nanofiltration zu geben. Außerdem sollen einige Methoden
zur Membrancharakterisierung in Theorie und Praxis erläutert werden.
Im theoretischen Teil der Arbeit wird ein Materialienüberblick über
Nanofiltrationsmembranen gegeben, gefolgt von einem Kapitel zur Membransynthese. Im
Folgenden werden praktische Anwendungen der Nanofiltration präsentiert. Ein wichtiges
Thema in der Membranforschung ist die Leistungscharakterisierung und die
Oberflächencharakterisierung von Nanofiltrationsmembranen.
Ein praktisches Problem bei allen Filtrationsprozessen ist die Leistungsabnahme der
Membran mit der Zeit, das wird als „Fouling“ bezeichnet. Optimale Fouling-Eigenschaften
werden durch spezielle Konstruktion von Membranmodulen und Auswahl geeigneter
Membranmaterialien für einen Filtrationsprozess erreicht. Nach der Membran selbst, ist das
Membranmodul in jedem Membranprozess die nächste größere Organisationseinheit. Im
praktischen Teil der Arbeit wurde ein Membranmessstand zur Prozesssimulation gebaut, zwei
Nanofiltrationsmembranen wurden mittels Kontaktwinkelmessungen charakterisiert und
Zetapotentialmessungen der Membranoberflächen durchgeführt. Weiters wurden
elektronenmikroskopische Aufnahmen des Membranmaterials gemacht.

Inhaltsverzeichnis

• 1. EINLEITUNG
• 2. HAUPTTEIL
• 2.1. Theoretischer Teil
• 2.1.1. Polymere für Nanofiltrationsmembranen
• 2.1.2. Membransynthese
• 2.1.3. Beispiele für Anwendungen von Nanofiltration in der Industrie
• 2.1.3.1. Trinkwasseraufbereitung
• 2.1.3.2. Lebensmittelindustrie
• 2.1.3.3. Chemischen Industrie
• 2.1.4. Fouling
• 2.1.4.1. Membranautopsie
• 2.1.4.2. Verhinderung von Fouling
• 2.2. Praktischer Teil
• 2.2.1. Einführung: Das untersuchte Membranmaterial
• 2.2.2. Membranmessstand zur Prozesssimulation
• 2.2.2.1. Experimenteller Aufbau
• 2.2.2.2. Messungen NF 90 und NF PES 10 Membranen
• 2.2.2.3. Diskussion des experimentellen Aufbaus
• 2.2.3. Kontaktwinkelmessungen NF 90 und NF PES 10 Membranen
• 2.2.4. Zetapotentialmessungen
• 2.2.4.1. Definition des Zetapotentials
• 2.2.4.2. Zetapotential-Messtechnik
• 2.2.4.3. Messergebnisse
• 2.2.5. Diskussion der Ergebnisse
• 3. ZUSAMMENFASSUNG
• 4. QUELLEN- UND LITERATURVERZEICHNIS

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Nanofiltrationsmembrantechnologie, einem wichtigen Verfahren für die Trennung und Reinigung von Flüssigkeiten. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist es, den Prozess der Nanofiltrationsmembrantechnologie zu analysieren und die Eigenschaften von Nanofiltrationsmembranen zu charakterisieren. Dabei werden sowohl theoretische Aspekte der Technologie als auch praktische Experimente zur Untersuchung des Membranverhaltens durchgeführt.

• Eigenschaften und Synthese von Membranmaterialien
• Anwendungen der Nanofiltration in verschiedenen Industrien
• Herausforderungen und Lösungsansätze für das Fouling von Membranen
• Charakterisierung von Nanofiltrationsmembranen durch verschiedene Messmethoden
• Bewertung des Membranverhaltens in realen Anwendungen

Zusammenfassung der Kapitel

• Kapitel 1: Einleitung Dieses Kapitel führt in die Thematik der Nanofiltration ein und erläutert die Relevanz dieser Technologie für verschiedene Industriezweige. Es werden auch die Forschungsziele und die Struktur der vorliegenden Arbeit vorgestellt.
• Kapitel 2: Hauptteil Dieses Kapitel widmet sich den theoretischen Grundlagen der Nanofiltration, einschließlich der Eigenschaften von Membranmaterialien, Synthesemethoden, verschiedenen Anwendungen und dem Phänomen des Fouling. Darüber hinaus werden im praktischen Teil die Ergebnisse von experimentellen Untersuchungen an zwei verschiedenen Nanofiltrationsmembranen, NF 90 und NF PES 10, präsentiert. Diese Untersuchungen umfassen Messungen des Reinwasserflusses, der Permeabilität, der Selektivität und des Kontaktwinkels sowie Zetapotentialmessungen zur Analyse der Oberflächenladung der Membranen.

Schlüsselwörter

Nanofiltration, Membrantechnologie, Membranmaterialien, Membransynthese, Fouling, Trinkwasseraufbereitung, Lebensmittelindustrie, Chemische Industrie, Membrancharakterisierung, Kontaktwinkelmessungen, Zetapotentialmessungen, Prozesssimulation.

• College: Technical University of Graz
• Course: Technische Chemie
• Grade: 1,0
• Author: Johannes Hofer (Author)
• Publication Year: 2010
• Pages: 53
• Catalog Number: V191293
• ISBN (eBook): 9783656159964
• ISBN (Book): 9783656160878
• Language: German
• Tags: Chemie, Filtration, Nanofiltration, Membranen, Membrantechnologie, Wasseraufbereitung, Zetapotential, Kontaktwinkelmessungen, Membran-Fouling