Symbolbild Institut für Membranforschung

Themenschwerpunkte

Die Herstellungstechniken und die Morphologie der Membranen variieren erheblich in Abhängigkeit von der Größe und der chemischen Natur der Trennsubstanzen.
Die Abteilung für Materialchemie und Stofftransport konzentriert sich auf die Herstellung integraler asymmetrischer isoporöser Membranen und mehrschichtiger Dünnfilm-Verbundmembranen für verschiedene Anwendungen, wie beispielsweise der Wasserreinigung, der Gastrennung, der Fraktionierung von Proteinen und kleinen organischen Molekülen oder der Erzeugung osmotischer Energie.

Eine Kombination aus kontrollierter Polymersynthese, der Optimierung von Membranherstellungsparametern und der passenden Membrannachmodifikation führt zur Herstellung von Membranen mit gewünschter Morphologie und Funktionalität. Eine detaillierte Untersuchung der Trennleistung und des Trennmechanismus der hergestellten Membranen ist dabei von entscheidender Bedeutung, um die genannten Parameter zu optimieren. Die Abteilung Materialchemie und Stofftransport verwendet hierfür Computersimulationen, um Einblicke in das Stofftransportverhalten der jeweiligen Membran zu gewinnen.

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Dead-End-Filtration von ionenselektiven Membranen (links) und Ionenchromatografie (rechts)
Hereon/Kristian Schmid


Die folgenden Kernthemen sind fester Bestandteil der Aktivitäten der Abteilung:

Schematic representation of an integral asymmetric isoporous membrane; Hereon: Mushfequr. Rahman

Schematische Darstellung einer integralen asymmetrischen isoporösen Membran; Hereon: Mushfequr Rahman

Die integralen asymmetrischen isoporösen Membranen werden durch eine Technik hergestellt, die die durch Verdunstung induzierte Selbstorganisation der Blockcopolymere und die lösungsmittelfrei induzierte Phasentrennung (SNIPS) kombiniert. Die resultierende Membran besteht aus einer dünnen isoporösen selektiven Schicht auf einer porösen schwammartigen Unterstruktur aus dem gleichen Material.

Die Abteilung Materialchemie und Stofftransport arbeitet an der Herstellung solcher Membranen mit maßgeschneiderter Porengröße und Porenfunktionalität.

Schematische Darstellung einer integralen asymmetrischen isoporösen Membran; Hereon: Mushfequr Rahma

Schematische Darstellung einer integralen asymmetrischen isoporösen Membran; Hereon: Mushfequr Rahman

Eine Dünnfilm-Verbundmembran (TFC) besteht aus einer dünnen selektiven Schicht auf einem porösen Trägermaterial. Bei einer TFC-Membran bestehen die poröse Trägerschicht und die selektive Schicht aus unterschiedlichen Materialien. Die Abteilung für Materialchemie und Stofftransport verwendet verschiedene Techniken, um die selektive Schicht herzustellen z.B. die Grenzflächenpolymerisation, die supramolekulare Selbstorganisation und die Schicht-für-Schicht-Anordnung.

Hierbei konzentriert sich die Abteilung vor allem auf die Erforschung der Struktur-Eigenschafts-Beziehung der selektiven Schichten der hergestellten Nanofiltrationsmembranen.

Morphology of semicrystalline polymer.jpg

Morphologie eines teilkristallinen Polymers;
Hereon: Mushfequr Rahman, Clarissa Abetz

Ein teilkristalliner Polymerfilm besteht typischerweise aus kristallinen Lamellen und einem interlamellaren amorphen Bereich. Wenn ein solches Polymer als Membranmaterial verwendet wird, erfolgt der Stofftransport nur durch den amorphen Anteil, während die kristalline Phase als undurchlässige Phase wirkt.

Die Abteilung stellt Membranen mit teilkristallinen Polymeren her und untersucht den Zusammenhang zwischen teilkristalliner Morphologie und Stofftransportmechanismen solcher Membranen.

DSPM-DE Transport Modell

Schematische Darstellung des DSPM-DE - Modells;
Hereon: Mushfequr Rahman


Die Abteilung führt Computersimulationen durch, um das Stofftransportverhalten der Membranen besser zu verstehen. Das Donnan Steric Poren-Model und das Dielektrische Ausschluss-Modell (DSPM-DE), die beide auf der erweiterten Nernst-Planck-Gleichung basieren, verwenden wir, um den Ionentransportmechanismus durch die Membranen zu verstehen.

Das Lösungs-Diffusions-Modell wird verwendet, um ein besseres Verständnis des Gastransportverhaltens der Membranen zu gewinnen.