Adaptive keramische Filter auf Basis elektrochemisch hergestellter Membranen

Was sind E-Membranen?

Keramische Filtrationsmembranen bieten einige Vorteile gegenüber Polymermembranen: Sie zeigen eine gute chemische und Abrasionsbeständigkeit und können durch thermische Behandlung regeneriert werden. Neben der herkömmlichen, pulverbasierten Herstellungsroute bietet auch die Elektrochemie die Möglichkeit, keramische Membranen mit unikalen Eigenschaften zu erzeugen – die »E-Membranen«.

Herstellung und Eigenschaften

Die elektrochemische Oxidation (Anodisation) ist ein industriell etabliertes Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminiumwerkstoffen. Dabei bildet sich auf der Aluminiumoberfläche eine Oxidschicht mit einer Dicke von unter einem bis zu mehreren hundert Mikrometern sowie einer gerichteten Porenstruktur (Abb.1 und 2). In einem zweiten elektrochemischen Prozessschritt wird die Oxidschicht vollständig und zerstörungsfrei von der Aluminiumoberfläche abgelöst, so dass eine freistehende, hoch poröse Aluminiumoxid-Membran entsteht.

Durch die Auswahl der Versuchsbedingungen können Porendurchmesser (10–400 nm), Porenanzahl (10⁸–10¹⁰ cm^-2) und Membrandicke (0,1–600 μm) gezielt eingestellt werden.

In bisherigen Versuchen wurden E-Membranen in Größen bis 20 cm² hergestellt, wobei noch größere Flächen möglich sind.

Anwendungspotenzial

Trotz der sehr gleichmäßigen Porengrößenverteilung und hohen Porosität der E-Membranen werden sie für Filtrationsanwendungen bisher nicht verwendet. Ein Grund dafür ist die geringe Membrandicke und die damit verbundene eingeschränkte mechanische Stabilität. Erste Versuche zeigen jedoch das Potenzial zur Partikelfiltration aus wässrigen Medien (Abb. 3), hier anhand einer TiO₂-Suspension. Die E-Membranen erwiesen sich dabei als druckstabil bis zu einigen Bar, wobei das Potenzial noch nicht vollständig ausgetestet wurde.

Mögliche Anwendungen im Ultra- bis Mikrofiltrationsbereich sind z. B. die Abtrennung anorganischer Partikel oder von Mikroplastik sowie bei E-Membranen mit sehr kleinen Porendurchmessern auch die Abtrennung komplexer organischer Moleküle. Aufgrund der eher hydrophoben Oberflächeneigenschaften eröffnet sich ebenso die Möglichkeit, Organika zu behandeln. Auch über die Filtration hinaus bieten E-Membranen vielversprechende Möglichkeiten, z. B. in der Sensorik, Katalyse, Energiespeicherung, Stofftrennung oder Mikrobiologie.

Leistungs- und Kooperationsangebot
 

• Herstellung von Anodisierschichten und E-Membranen mit angepassten Eigenschaften
• Gemeinsame Forschungsprojekte zum Erschließen von Praxis-Anwendungen der E-Membranen