DE2750897B2 - Verfahren zur Herstellung von Membranen für die Membran-Filtration - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Membranen für die Membran-FiltrationInfo
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Description
Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Membranen sollten die verwendeten Metall-Whisker
weilgehend parallel zueinander ausgerichtet und in hoher Dichte angeordnet sein. Die Ausrichtung
und/oder das Erzeugen einer Vorzugsrichtung für das Wachstum kann auf bekannte Art und Weise durch
elektrische und magnetische Felder, durch Gravitationsoder Trägheitskräfte erfolgen. Falls Metall-Whisker
verwendet werden, die nicht oder nicht mehr mit einer Unterlage verbunden sind, auf der sie gezüchtet wurden
oder aus der sie herausgewachsen sind, ist es zweckmäßig, die ausgerichteten Metall-Whisker einseitig
auf einer Unterlage zu fixieren.
Der Membrankörper wird vorteilhaft als dünne Folie aus organischem oder anorganischem Material ausgebildet,
das aus der flüssigen oder gasförmigen Phase zwischen den Metall-Whiskern auf der Unterlage
angelagert wird. Im nächsten Verfahrensschritt wird dann entweder die Folie von der Unterlage abgezogen
und die Metall-Whisker herausgelöst, oder die gesamte Unterlage einschließlich der Metall-Whisker gelöst. Es
ist aber auch möglich, die Unterlage nur rasterförmig abzulösen, so daß sie teilweise als Stützstruktur für die
ansonsten möglichst dünne Folie erhalten bleibt. Eine Alternative hierzu ist das anschließende Aufbringen von
Stützstrukturen wie Netzen, porösen dicken Folien u. a.
Beim Einbetten der Metall-Whisker in das Membranmaterial kommt es darauf an, daß sich zwischen den
beiden ausgewählten Materialien keine zu innige Verbindung durch Interdiffusion oder Haftung ausbildet,
damit sich das Material, aus dem die Mikrofilamente bestehen, anschließend durch selektives Auflösen
sauber wieder entfernen läßt.
Die untere Grenze für die Porenkanaldurchmesser ist durch die der Metall-Whisker gegeben. Eine weitere
Verkleinerung der Porendurchmesser kann erfindungsgemäß durch Niederschlag von Material auf den
Membrankörper stattfinden. Es ist bekannt, daß beispielsweise die Beschichtung von kleinen Hohlräumen
aus der Gasphase möglich ist (siehe Schladitz, Metallisierung aus der Gasphase, Haus der Technik —
Vortragsveröffentlichung 276, Seite 46).
Weiterhin ist es möglich, die zeitliche Steuerung des Herauslösens der Metall-Whisker aus dem Membrankörper
so vorzunehmen, daß auf dem Porenkanal Material der Mikrofilamente zurückbleibt und somit den
freien Durchmesser einschränkt.
Ein weiteres Verfahren zur Reduktion der Porenkanaldurchmesser ist die vorhergehende Reduktion der
Metall-Whiskerdurchmesser durch bekannte Lösungsmittel.
Die Vorteile, die das erfindungsgemäße Verfahrer gegenüber heutigen Verfahren erbringt, sind vielfältig.
Ein wesentlicher Vorteil liegt in der weitgehend freien Wahl des Membranmaterials. Beispielsweise ermöglicht
die Wahl eines Metalles als Membranmaterial hohe Beständigkeit sowohl gegen hohe Temperaturen wie
auch gegen Säuren und Laugen und erhöht zudem die mechanische Festigkeit der Membran. Weitere wesentliche
Vorteile liegen in der relativ freien Wahl der Membrandicke, der Durchmesser der Porenkanäle
(durch entsprechende Wahl der Metall-Whisker und der beschriebenen Verengungsmöglichkeiten) der Gleichmäßigkeit
der Porenkanaldurchmesser und ihrer Glätte.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung von Membranen mit im wesentlichen glatten Porenkanälen gleicher
Durchmesser, dadurch gekennzeichnet, daß in gasförmiger oder flüssiger Phase auf oder aus
einer Oberfläche in bekannter Weise gezüchtete Metall-Whisker gleichen Durchmessers in das
Membranmaterial eingebetiet und nach Ausbilden
des Membrankörpers unter hinterlassen offener Porenkanäle wieder aus diesem herausgelöst werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metall-Whisker vor und/oder während ihres Einbettens in das Membranmaterial
weitgehend parallel zueinander ausgerichtet werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall-Whisker
durch molekularen und/oder atomaren Niederschlag des Membranmaterials aus der gasförmigen oder
flüssigen Phase in dieses eingebettet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische
Verstärkung der folienförmigen Membran durch rasterförmiges Aufbringen von Stützmaterialstrukturen
durch Niederschlag aus der flüssigen oder gasförmigen Phase erfolgt, wobei die Rastergeometrie
drucktechnisch, photo- oder elektronenstrahllithographisch nach bekannten Verfahren erzeugt
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—4, gekennzeichnet durch gleichzeitige Verwendung des
Metall-Whisker-Grundmaterials als Basis für die Metall-Whisker und als Stützmaterial dadurch, daß
nach dem Aufbringen des Membranmaterial von der Rückseite des Metall-Whisker-Grundmaterials her
eine drucktechnisch, photo- oder elektronenstrahllithographisch aufgeprägte Rastergeometrie bis zum
Membranmaterial einschließlich der Metall-Whisker herausgelöst wird, wobei die Dicke des Metall-Whisker-Grundmaterials
ein vielfaches der Membrandikke beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des
Stützmaterials durch einen Niederschlag veredelt wird indem während des Materialniederschlages von
der Membranseite her Gas oder Flüssigkeit durch die Porenkanäle gedrückt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Herauslösen
der Metall-Whisker im Membrankörper entstandenen offenen Porenkanäle durch Auftragen von
Stoffen auf dew Membrankörper aus der gasförmigen oder flüssigen Phase in ihrem Durchmesser auf
das gewünschte Maß verkleinert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß durch zeitliche Steuerung
des Herauslösens der Metall-Whisker ein Teil deren Materials im Porenkanal verbleibt und damit
der freie Porenkanaldurchmesser auf kleinere Werte als der Metall-Whiskerdurchmesser gebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall-Whisker,
vor dem Niederschlagen des Membranmaterials durch bekannte Lösemittel von ihrem durch
Material und Zuchtprozeß gegebenem Durchmesser auf einen niedrigeren Durchmesser reduziert wer-
Erfindungsgegenstand ist das im Patentanspruch 1 genannte Verfahren.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.
Membranen werden in der Membranfiltration zum Abtrennen feinster Teilchen bis hinab zur molekularen
Größenordnung verwendet. Die Anwendungsmöglichkeiten sind sehr komplex und noch stark im Fluß. Der
Durchmesserbereich ersteckt sich von der Größenordnung 10 μπι bis hinab zu einigen nm. Die Ultrafiltration
wird vor allem für das Abtrennen hochmolekularer Verbindungen und Kolloide eingesetzt. Beispiele sind
die Ultrafiltration von pharmazeutischen Produkten, Abwässern, Säften oder bei analytischen Aufgaben.
Hingegen findet die umgekehrte Osmose hauptsächlich Interesse für das Abirennen niedermolekularer Verbindungen,
wie Salze, Zucker, einfache Säuren usw. Von großer wirtschaftlicher Bedeutung könnte hier die
Meerwasserentsalzung werden. Im medizinischen Bereich ist vor allem die Hämodialyse (künstliche Niere)
von Bedeutung.
Es sind verschiedenste Verfahren zur Herstellung von Membranen für die Membran-Filtration bekannt. Für
die Hämodialyse werden beispielsweise halbsynthetische Cellophan wie auch Polyamid-Hohlfaser-Membranen
verwendet. In einem anderen Verfahren werden Kunststoff-Folien mit Nukleonen beschossen und die so
sensibilisierten Kanäle anschließend herausgelöst.
Es gelingt aber bei allen bekannten Verfahren nur selten, in viner Anwendung aile Kriterien ausreichend
zu erfüllen. Viele Anwendungen, z. B. die Meerwasserentsalzung, sind beim heutigen Stand der Membranherstellungsverfahren
noch weit von der Rentabilitätsgrenze entfernt. Kritische Größen heute verfügbarer
Membranen sind unter anderem die Streubreite der Porenkanaldurchmesser, die Ablagerung von Teilchen
und die daraus folgende Verstopfung der Porenkanäle bei schwammstrukturhaften Membranen ohne glatte
Kanäle, die Dichte der Porenkanäle auf der Membran mit ihrer Wirkung auf den Gesamtdurchsatz, die Druck-
und Temperaturfestigkeit, die Beständigkeit gegen Säuren und Laugen und die elektrische Leitfähigkeit des
Membranmaterials.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung von Membranen zu schaffen,
die sich durch glatte, gleichmäßige Porenkanäle mit hoher Dichte und widerstandsfähigem Membranmaterial
auszeichnen — bei Herstellungskosten, die in Kombination mn den technischen Vorteilen einer
Erweiterung und/oder Verbesserung wichtiger Anwendungen ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Metall-Whisker
können heute mit Durchmessern von einigen um bis herab zu 100 nm gezüchtet werden. Solche Metall-Whisker
sind bereits zum Herstellen eines festigkeitsverstärkenden Verbundkörpers in andere Metalle
eingebettet worden (siehe Fachberichte für Oberflächentechnik 8(1970), Seite 145-150).
Die Erfahrungen aus diesem Gebiet lassen sich vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren nutzbar
machen.
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Cited By (1)
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1977
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