Entwicklung von Mixed-Matrix-Membranen

Eine zweite Phase mit definierter innerer Grenzfläche für Polymermembranen

Mixed-Matrix-Membranen (MMM) werden aus Hybridmaterialien hergestellt. Diese besitzen definierte innere Grenzflächen, die sich wiederum durch diskontinuierlich verändernde Materialeigenschaften auszeichnen.

Wir arbeiten sowohl mit organisch-organischen als auch mit organisch-anorganischen Verbundwerkstoffen, wobei das Membranpolymer oft mit Partikeln oder Fasern gefüllt ist. Die zweite Phase kann die Membraneigenschaften wie Permeabilität und Selektivität verbessern, völlig neue Funktionalitäten hinzufügen oder das Quellverhalten oder die Gesamtstabilität verbessern.

Organisch-organische Mixed-Matrix-Membranen

Im Falle von organisch-organischem MMM verwenden wir oft selbst hergestellte polymere Sub-Mikron-Partikel, die mit einer breiten Palette unterschiedlicher Oberflächenfunktionen verfügbar sind. Diese Partikel sind vollständig kompatibel zum Phaseninversionsverfahren und die resultierenden Membranen können als selektive Membranadsorber eingesetzt werden.

Organisch-anorganische Mixed-Matrix-Membranen

Die eingesetzten anorganischen Partikel sind frei im Handel erhältlich oder werden am Fraunhofer IGB mithilfe von Präzipitationsverfahren oder dem Sol-Gel-Verfahren gebildet. Durch die weitere Modifikation der anorganischen Phase mittels Silanen, die funktionelle Gruppen tragen, können maßgeschneiderte Membranen für verschiedene Anwendungsarten (z. B. Brennstoffzellen) hergestellt werden.

Anwendungsgebiete von Mixed-Matrix-Membranen

Mikroschadstoffe

Membranadsorber für die Abtrennung von Mikroschadstoffen aus Trinkwasser.

Wasserstoff

Ionomer-Mixed-Matrix Membranen für die Elektrolyse und Brennstoffzellen.

MOF-Mixed-Matrix-Membranen

Membranen für die Abtrennung von CO2

Referenzprojekte

MAVO MEGA – Funktionale Membranen für die sichere, energieeffiziente Gastrennung

Der industrielle Einsatz technischer Membranen ist bisher überwiegend auf die Flüssigfiltration und weniger auf die Gastrennung ausgelegt. Im Projekt MEGA wurden am Fraunhofer IGB in Kooperation mit drei weiteren Fraunhofer‑Instituten Mixed‑Matrix‑Membranen entwickelt, die aufgrund verbesserter Trenneigenschaften im Vergleich zu reinen Polymerbeschichtungen ein großes Potenzial für die Gastrennung besitzen.