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.

Kontinuierliche Tauchbeschichtung von Hohlfasermembranen.
© Walter Fogel/Fraunhofer IGB
Kontinuierliche Tauchbeschichtung von Hohlfasermembranen.

Mixed‑Matrix‑Kompositmembranen für die Gastrennung

Der industrielle Einsatz technischer Trennmembranen ist bisher überwiegend auf die Flüssigfiltration begrenzt. Ursachen sind insbesondere unzureichende Trenneigenschaften und hohe Kosten der Membranen. Dabei bieten Membranen mit ihrer inhärenten Energieeffizienz ein enormes Potenzial auch für die Auftrennung von Gasen.

Im Projekt MEGA wurden Mixed‑Matrix‑Membranen entwickelt, die sich aufgrund ihrer spezifischen Struktur für die Gastrennung eignen. Dazu wurden mikroporöse Gerüstverbindungen (Zeolithe, MOFs), die definierte Porengrößen besitzen und damit für die Trennung von Gasmolekülen über die Größe geeignet sind, in polymere Matrices eingebettet. Hierfür wurden poröse PVDF‑Hohlfasermembranen mittels Tauchbeschichtung mit den entsprechenden Mixed‑Matrix‑Dispersionen beschichtet. Über die Viskosität der Dispersion und die Beschichtungsgeschwindigkeit konnte dabei die Schichtdicke der Mixed‑Matrix‑Schicht im Bereich von 500 nm bis 5 µm kontrolliert werden. Entscheidend für die Qualität der Schichten ist der Einsatz nanopartikulärer Gerüstverbindungen (< 100 nm). Durch die Kontrolle der Schichtdicke werden dabei nur geringe Materialmengen für die Beschichtung benötigt.

Die Mixed‑Matrix‑Membranen zeigen verbesserte Trenneigenschaften im Vergleich zu reinen Polymerbeschichtungen. So konnte die Wasserdampfpermeabilität von Polyvinylalkoholschichten durch Zugabe von SAPO‑34‑Partikeln um fast 100 Prozent auf 7000 Barrer gesteigert werden. Durch Auswahl geeigneter Polymer‑MOF‑Kombinationen können die Trenneigenschaften der Membranen an andere Fragestellungen, beispielsweise die Abtrennung von CO2 aus Abgasen, angepasst werden.

Projektinformationen

Projekttitel

MAVO MEGA – Funktionale Membranen für die sichere, energieeffiziente Gastrennung

 

Projektlaufzeit

Januar 2017 – Dezember 2019

 

Projektpartner

  • Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS (Koordination)
  • Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP
  • Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT