NanoMembrane

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NanoMembrane – Nanoporöse keramische Membranen zur nachhaltigen Wasser- und Lösemitteleinsparung durch Kreislaufschließung

 

Im Projekt NanoMembrane wurden neue keramische Nanofiltrations-Membranen (NF) mit reduzierter Trenngrenze und erhöhter chemischer Stabilität entwickelt. Diese Membranen wurden in verschiedenen Anwendungen erprobt. Dies diente einerseits dazu, die Stabilität und Trennleistung der Membranen unter Anwendungsbedingungen zu überprüfen. Andererseits wurden auf diesem Wege die Anforderungen an die Membranen klar herausgearbeitet, was sich unmittelbar in einer gezielten Optimierung der Trenneigenschaften im Rahmen der Membranentwicklung niederschlug sollte. Im Einzelnen wurden folgende wissenschaftlich-technischen Ziele verfolgt:

  • Entwicklung von Nanofiltrations-Membranen mit einer Trenngrenze 200 g/mol
  • Entwicklung pH-stabiler Nanofiltrations-Membranen
  • Entwicklung organophiler Nanofiltrations-Membranen
  • Bau und Anpassung von Versuchsanlagen
  • Labor- und Pilotversuche mit Lösemitteln und Abwässern aus den Branchen Chemie, Textil, Metall, Papier
  • Ökobilanzierung / Ganzheitliche Bilanzierung

Im Projekt NanoMembrane gelang erstmalig die Synthese keramischer Nanofiltrations-Membranen mit einer Trenngrenze von annähernd 200g/mol bei einem spezifischen Wasserfluss von 9l/(m2•h•bar). Die systematische Untersuchung der pH-Stabilität durch zweistündige Filtration von Salzsäure und Natronlauge, anschließender Spülung mit Wasser und Beistimmung des Rückhaltes mit PEG-200 zeigte eine Stabilität in HCl bis 2mol/l (7,2%) bei 25°C und in NaOH bis 4mol/l (16%) bei 60°C. Im organischen Lösemittel zeigten die untersuchten NF-Membranen je nach verwendetem Lösemittel sehr unterschiedliches und bisher nicht beschreibbares Verhalten. Die besten Rückhaltungen wurden in THF mit einem Cut-off von 350g/mol bei einem spezifischen Fluss von 3,5l/(m2•h•bar) erreicht.

Übersicht der Struktur des Verbundprojekts NanoMembrane

Übersicht der Struktur des Verbundprojekts NanoMembrane

Die Herstellung der neuen keramischen NF-Membranen wurde vom Labormaßstab (0,0055m2) auf den technischen Maßstab (0,25m2) übertragen. Im Rahmen des Projektes wurden 10 verschiedene Labor- und Pilotanlagen für die Membrancharakterisierung und -erprobung eingesetzt. Darüber hinaus gelangen die Entwicklung und der Bau einer Filtrationstestanlage für organische Lösemittel, die durch eine benannte Stelle abgenommen und anschließend bei Merck für die Pilotversuche eingesetzt wurde.

Die Anwendungsversuche in der Chemie, metallverarbeitenden Industrie, Textilveredelung, Papier- und Zellstoffherstellung bestätigten die verbesserte Rückhaltung von gelösten Molekülen, Farbstoffen, Tensiden und mehrwertigen Salzen gegenüber den bisherigen kommerziell verfügbaren Membranen. Bei der Aufbereitung von Spülbädern bei der Reinigung von Metallteilen sowie der Aufbereitung von Bleichlaugen aus der Zellstoffherstellung zeigten die Betrachtungen Ansätze für einen wirtschaftlichen Einsatz der Membranen.

Im Rahmen der ganzheitlichen Bilanzierung konnte gezeigt werden, dass sich der Einsatz keramischer Nanofiltrations-Membranen zur Aufbereitung von flüssigen Abfallströmen bzw. Abwasserströmen ökologisch lohnen kann. Durch die Analyse der konkreten Beispiele und den Versuch der Verallgemeinerung der Aussagen wurde eine Basis an Know-how geschaffen, die in Zukunft die Erstellung anwendungs- und betriebsspezifischer Ökobilanzen für den Einsatz keramischer Nanofiltrationsmembranen ermöglicht.

Förderkennzeichen: BMBF - FKZ 03X0080
Laufzeit:

Projektleitung

Merck Logo
Dr.- Ing. Uwe Kätzel, Merck KGaA

Projekt-Partner

Merck KGaA
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)
Rauschert Kloster Veilsdorf GmbH
Fa. Andreas Junghans
Benseler Sachsen GmbH & Co. KG
Color Textil Veredelung Peppermint Holding GmbH
PTS Papiertechnische Stiftung
Koehler Paper Group
Lehrstuhl für Bauphysik (LBP), Universität Stuttgart

Veröffentlichungen

Alle verfügbaren Abschlussberichte des NanoMembrane Konsortiums finden Sie auf den Seiten der TIB Hannover https://www.tib.eu/de/  
  • Projekt-Konsortium NanoMembrane (2013). NanoMembrane-Nanoporoese keramische Membranen zur nachhaltigen Wasser- und Loesemitteleinsparung durch Kreislaufschließung : Abschlussbericht ; Laufzeit: 01.05.2010-30.04.2013; Kaetzel U., Merck KGaA ; FKZ 03X0080 A-L; TIB Hannover.
  • Color Textil Veredelung Peppermint Holding GmbH (2012). NanoMembrane - Nanoporoese keramische Membranen zur nachhaltigen Wasser- und Loesemitteleinsparung durch Kreislaufschließung : Abschlussbericht; Color-Textil Veredelung Peppermint Holding GmbH; FKZ 03X0080 G; TIB Hannover.

2013

  • Voigt I. (2013). Ceramic membranes and systems for energy and environmental technology. CICC-8, 4-7 Nov. 2013, Chongqing, China. [VORTRAG]
  • Voigt I., H. Richter, M. Weyd, V. Prehn (2013). Ceramic nanofiltration membranes -Examples of application and new developments. 10. Aachener Tagung Wasser und Membranen, 29-30 Okt. 2013, Aachen, Deutschland. [VORTRAG]
  • Voigt I. (2013). Ceramic membranes: From macropores to nanopores for efficient energy conversion. GIGA 2013 Academic Workshops, 16-19 Sep. 2013, New Delhi, Indien. [VORTRAG]
  • Voigt I., P. Puhlfuerss, H. Richter, S. Zeidler, U. Kätzel (2013). Low cut-off ceramic NF-membranes for organic solvents. 4th International Conference on Organic Solvent Nanofiltration, 12-14 März 2013, Aachen, Deutschland. [VORTRAG]
  • Voigt I., H. Richter, M. Weyd (2013). Ceramic membranes for water purification, product cleaning and solvent recovery. 7th International Workshop on Crystallization, Filtration, Drying & Milling, 21-23 Feb. 2013, Mumbai, Indien. [VORTRAG]
  • Zeidler S., U. Kätzel, F. Aguilar (2013). Einsatz von nanoporösen Keramikmembranen zum Recycling von Lösemittelströmen. 3. Clustertreffen NanoNature/NanoCare, 14 Jan. 2013, Frankfurt/Main, Deutschland. [POSTER]

2012

  • Kätzel U. (2012). NanoMembrane: Einsatz neuer nanoporöser keramischer Membranen zur Wasser- und Lösemitteleinsparung. Branchendialog – Nanotechnologie und neue Materialien für mehr Ressourceneffizienz, 6 Dez. 2012, Berlin, Deutschland. [VORTRAG]
  • Zeidler S., Puhlfuerss P., U. Kätzel, I. Voigt (2012). New ceramic membranes for organic solvent nanofiltration with a molecular weight cut-off < 500 Da. EUROMEMBRANE 2012, 23-27 Sep. 2012, London, UK. [VORTRAG]
  • Voigt I., P. Puhlfuerss, H. Richter, A. Endter, St. Duscher, K. Herrmann (2012). Ceramic NF- membranes with a cut-off of 200 Da. 12th Inter. Conf. Inorg. Membr., 9-13 July 2012, Enschede, Holland. [VORTRAG]
  • Voigt I. (2012). Anorganische Membranen für die Flüssigfiltration und Gastrennung. 13. Wörlitzer Workshop, 4 Juli 2012, Woerlitz, Deutschland. [VORTRAG]
  • Voigt I., P. Puhlfuerss, K. Herrmann, St. Duscher, H. Richter (2012). New ceramic nanofiltration membranes with a cut-off below 450 D. Achema, 18-22 Juni 2012, Frankfurt/Main, Deutschland. [VORTRAG]
  • Zeidler S., U, Kätzel, P. Kreis (2012). Practical aspects in applying organic solvent nanofiltration in specialty chemicals production. Achema, 18-22 Juni 2012, Frankfurt/Main, Deutschland. [VORTRAG]
  • Prehn V., M. Schulze, K. Herrmann, D. Sittig (2012). Ceramic nanofiltration membranes - state of the art and examples of application. Achema, 18-22 Juni 2012, Frankfurt/Main, Deutschland. [VORTRAG]
  • Stobbe A. (2012). Process engineering to apply ceramic nanofiltration membranes. Achema, 18-22 Juni 2012, Frankfurt/Main, Deutschland. [VORTRAG]
  • Aguilar F., U. Kätzel, S. Zeidler (2012). NanoMembrane: Einsatz neuer nanoporöser keramischer Membra¬nen zur Wasser- und Lösemitteleinsparung. 2. Clustertreffen NanoNature/NanoCare, 13-14 März 2012, Frankfurt/Main, Deutschland. [VORTRAG]
  • Aguilar F., U. Kätzel, S. Zeidler (2012). NanoMembrane: Einsatz neuer nanoporöser keramischer Membranen zur Wasser- und Lösemitteleinsparung. 2. Clustertreffen NanoNature/NanoCare, 13-14 März 2012, Frankfurt/Main, Deutschland. [VORTRAG]
  • Zeidler S., U. Kätzel, F. Aguilar (2012). Einsatz von nanoporösen Keramikmembranen zum Recycling von Lösemittelströmen. 2. Clustertreffen NanoNature/NanoCare, 13-14 März 2012, Frankfurt/Main, Deutschland. [POSTER]

2011

  • Kätzel U. (2011). Nanoporöse keramische Membranen zur nachhaltigen Wasser- und Lösemitteleinsparung durch Kreislaufschließung. WING.DE Konferenz, 4-6 Okt. 2011, Berlin, Deutschland. [POSTER]
  • Voigt I., Richter H., R. Kriegel, M. Weyd (2011). Innovations in ceramic membranes. 8th European Congress on Chemical Engineering (ECCE), 25-29 Sep. 2011, Berlin, Deutschland. [VORTRAG]
  • Voigt I. (2011). Development of ceramic NF membranes with a cut-off below 450 D. International Workshop on Implementation of Nanofiltration Technology in the Pharmaceutical Industry, 9-10 Sep. 2011, Sofia, Bulgarien. [VORTRAG]
  • Kätzel U. (2011). Hurdles and Obstacles in applying OSN in the process development of API's. Workshop on Implementation of Nanofiltration Technology in the Pharmaceutical Industry, 9-10 Sep. 2011, Sofia, Bulgarien. [VORTRAG]
  • Kätzel U., I. Voigt (2011). NanoMembrane – Nanoporöse keramische Membranen zur nachhaltigen Wasser- und Lösemitteleinsparung. 1. Clustertreffen NanoNature/NanoCare, 10-11 Mai 2011, Frankfurt/Main, Deutschland. [VORTRAG]
  • Puhlfürß P., K. Herrmann, M. Schulze, D. Sittig, V. Prehn (2011). Entwicklung neuer keramischer Nanofiltrationsmembranen mit einer Trenngrenze von 200 g/mol. 1. Clustertreffen NanoNature/NanoCare, 10-11 Mai 2011, Frankfurt/Main, Deutschland. [POSTER]
  • Zeidler S., U. Kätzel, F. Aguilar, (2011). Einsatz von nanoporösen Keramikmembranen zum Recycling von Lösemittelströmen. 1. Clustertreffen NanoNature/NanoCare, 10-11 Mai 2011, Frankfurt/Main, Deutschland. [POSTER]
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