Mithilfe von Membranen können einzelne Bestandteile aus flüssigen oder gasförmigen Stoffgemischen abgetrennt werden. Zum Beispiel lassen sich Kohlendioxid aus Verbrennungsabgasen entfernen oder Schadstoffe aus Gewässern herausfiltern. Die neuen Membranmaterialien gehören chemisch zur Stoffgruppe der Polyimide. Bestimmte organische Gruppen wandeln sich bei der Temperaturbehandlung in chemisch stabilere Formen um. Dazu der Leiter des Instituts für Polymerforschung und Co-Autor der Veröffentlichung, Prof. Dr. Volker Abetz am Helmholtz-Zentrum Geesthacht: „Die von uns entwickelte neue Verbindung ist ideal für eine Vielzahl von zu trennenden Gasen.“
Wissenschaftler im Institut für Polymerforschung haben ein neues Verfahren für Membranmaterialien entwickelt. Das neue Material zeigt eine fünffach höhere Permeabilität. | Foto: Christian Schmid/HZG
Die Schwierigkeit zuvor: Herkömmlich hergestellt, sind diese Membranen meist spröde und brechen leicht. Die HZG-Wissenschaftler veränderten daher die chemische Struktur sowie einige Herstellungsparameter, um die Bedingungen der thermischen Umlagerung zu verbessern. Durch Vorschalten einer sogenannten Claisen-Umlagerung wurde die für die thermische Umlagerung notwendige Temperatur von circa 450 Grad Celsius auf rund 250 Grad gesenkt. Gleichzeitig konnte dabei die Umlagerungsrate um 50 Prozent gegenüber der herkömmlichen Synthese gesteigert werden.
Volker Abetz: „Die neuen thermisch umgelagerten Polymere sind mechanisch und chemisch besonders stabil und zeigen eine fünffach höhere Permeabilität gegenüber konventionell thermisch hergestellten Material. Durch die niedrigeren Umlagerungstemperaturen lassen sich zudem erstmals Dünnfilmkomposit-Membranen herstellen. Das scheiterte bisher daran, dass die üblichen für die Herstellung notwendigen Trägermaterialien bei den 450 Grad der konventionellen Synthese völlig zerstört werden.”
Insgesamt gewinnen die Membranen durch die neuen Generation von Polymermaterialien enorm an Attraktivität: Die niedrigeren Herstellungstemperaturen und die verbesserten Trenneigenschaften führen diese neuen Membranen erstmals in die wirtschaftliche Relevanz. Die Helmholtz-Wissenschafter sind sich sicher, damit die Membranmaterialien von morgen auf den Weg gebracht zu haben.
Publikation
Alberto Tena, Sofia Rangou, Sergey Shishatskiy, Volkan Filiz, Volker Abetz.
Claisen thermally rearranged (CTR) polymers.
Science Advances, 29 Jul 2016.
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