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29.06.2012

Dynamische Membran mit selbstreparierender Funktion


In der Filtrationstechnik werden z.B. für die Wasserreinigung oder die Meerwasserentsalzung häufig poröse Membranen eingesetzt. Die bisher eingesetzten Membranen besitzen jedoch eine starre Struktur, wodurch ihre Porengröße nicht verändert werden kann. Außerdem ist diese Struktur sehr anfällig für Risse, was wiederum problematisch für die Gesundheitssicherheit ist.

Ein Forscherteam des Europäischen Instituts für Membranforschung (IEM) hat in Zusammenarbeit mit dem Institut für radikalische Chemie (ICR) eine dynamische, selbstreparierende Membran zur Wasserfiltration entwickelt, deren Porengröße sich dem durchströmenden Wasserdruck anpassen lässt.

Die 1,3µm dünne Membran besteht aus drei Polymeren mit unterschiedlichen Löslichkeiten. Diese bilden Nanopartikel, sogenannte Mizellen aus, die miteinander in ständiger Wechselwirkung stehen. Steigt der Wasserdruck, werden die Mizellen bis zu einem bestimmten Grad abgeplattet, wodurch es zu einer Verringerung der Porengröße kommt: Bei einem schwachen Druck von 0,1bar sind die Poren beispielsweise 5nm groß. Bei dieser Größe lassen sich Makromoleküle oder Viren herausfiltern. Bei mäßig steigendem Wasserdruck, erhält man so Porengrößen von ca. 1nm, durch die Salze, Farbstoffe sowie Tenside gefiltert werden können. Steigt der Wasserdruck jedoch bis auf 5bar an, verändert sich die Membranstruktur drastisch: der Porendurchmesser beträgt dann über 100nm, wodurch die Filtration von Bakterien und Schwebeteilchen möglich wird. Dank dieser einzigartigen Eigenschaft ist für unterschiedliche Filtrationsaufgaben künftig nur noch ein Membranentyp nötig.

Aber das ist noch nicht alles: Sie reparieren sich auch selbst. Treten Risse in der Membran auf, wird das physikalische Gleichgewicht gestört, welches die Mizellen miteinander verbindet. Um dieses Gleichgewicht wiederherzustellen, ordnen sich die Mizellen so an, dass sie den Riss verschließen. Auf diese Weise können sie selbst einen Riss, der 85-mal größer als die Membrandicke ist, reparieren, ohne dass menschliches Eingreifen notwendig wird oder der Filtrationsprozess abgebrochen werden muss.

Quelle: idw/Französische Botschaft in der Bundesrepublik Deutschland/Wissenschaftliche Abteilung




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