Ein Gütesiegel für Membranen
In dieser Testzelle lässt sich die Permselektivität von Elektrodialysemembranen mit Potenzialdifferenzmessung bestimmen.
Technische Membranen sind aus der Medizintechnik, z. B. als künstliche Niere, wie auch aus der industriellen Produktion vieler Lebensmittel und Getränke, z. B. zur Aufarbeitung von Bier, nicht mehr wegzudenken. Aber auch zum Recycling von Säuren oder Basen oder für die Reinigung von Abwasser werden sie immer häufiger eingesetzt. So vielfältig ihre möglichen Anwendungen sind, so breit ist das kommerzielle Angebot. Denn für jede Anwendung gibt es spezielle Membranen, die sich nicht nur durch ihre Trenneigenschaften sondern auch in der Trennleistung unterscheiden.
Umso wichtiger ist die umfassende Charakterisierung von Membranen vor ihrem industriellen Einsatz: Welche Partikelgrößen muss eine Ultra-filtrationsmembran zurückhalten können? Welche Ionenaustauschermembran kann die zu entfernenden Salze tatsächlich abtrennen? Diese Leistungsparameter müssen durch zerstörungsfreie Prüfverfahren quantifiziert und beurteilt werden. Die Membranhersteller selbst greifen hierzu auf unterschiedliche, meist auf ihre eigenen Bedürfnisse ausgerichtete Testsubstanzen zurück. Die Betriebsparameter bei der Prüfung sind oft nicht standardisiert. Ein Vergleich der Charakterisierungsergebnisse ist deshalb nur unzureichend möglich.
Am Fraunhofer IGB wurden daher spezielle Testanlagen und -verfahren für die standardisierte Prüfung von Ultrafiltrations- und Ionenaustauscher-membranen entwickelt und durch die Deutsche Akkreditierungsstelle Chemie GmbH (DACH) nach DIN EN 45001 akkreditiert: Die Bestimmung der Trenngrenze von Ultrafiltrationsmembranen mittels Filtration und GPC-Analytik von Dextrangemischen und die Bestimmung der Permselektivität und des elektrischen Widerstandes von Ionenaustauschermembranen durch Potenzialdifferenzmessung. »Damit lassen sich Abweichungen verschiedener Membranchargen feststellen oder die Qualität gebrauchter im Vergleich zu neuen Membranen untersuchen, um so Aussagen zur Standzeit der Membran abzuleiten« erklärt Prüfleiterin Ursula Schließmann. Darüber hinaus eignen sich die Prüfverfahren, um Ursachen von Membranschädi-gungen zu ermitteln. Denn auch Membranen altern: Während ihrer technischen Nutzung können sie durch Risse und Materialveränderungen geschädigt werden oder durch Ablagerungen auf der Membran ihre Leistungsfähigkeit einbüßen.
Die Trenngrenze von Ultrafiltrationsmembranen wird bestimmt, indem mit einer für diesen Zweck konzipierten Anlage eine standardisierte Dextran-lösung filtriert wird. Auch die Betriebsparameter wie Überströmgeschwindigkeit und Transmembrandruck sind standardisiert. Durch eine zielgerichtete Auswertung der analytischen Daten (Gelpermeationschromatographie) lässt sich die Trenngrenze in einer anschaulichen Graphik darstellen: Der Rückhalt der Dextrane wird als Funktion der Molmasse abgebildet, so dass die Trenngrenze der untersuchten Membran - üblicherweise für einen 95%igen Rückhalt der Partikel - direkt abgelesen werden kann.
Wichtige Leistungsparameter für Ionenaustauschermembranen, die z. B. bei der Elektrodialyse eingesetzt werden, sind Permselektivität und ohmscher Widerstand. Die Permselektivität einer Membran sollte - als Maß für den selektiven Ionentransport - möglichst hoch sein, der Membranwiderstand dagegen - im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit des Membranverfahrens - gering. Die Potenzialdifferenzmessung erlaubt, verschiedene Membranchargen im Hinblick auf ihre elektrochemischen Eigenschaften miteinander zu vergleichen, Membranschädigungen zu beurteilen und gebrauchte mit neuen Membranen zu vergleichen.
Als unabhängiges, akkreditiertes Institut bietet das Fraunhofer IGB Membranherstellern und Anwendern technischer Membranverfahren die Charakterisierung und Prüfung von Membranen an. Die umfassende Untersuchung einer Ionenaustauschermembran kostet etwa 450 DM. Für etwa 400 DM wird das Rückhaltevermögen einer Ultrafiltrationsmembran ermittelt. Bei Serien-prüfungen können Staffelpreise vereinbart werden. »In jedem Fall liefern die eingesetzten Prüf-verfahren schnelle, standardisierte, damit reproduzierbare und zuverlässige Aussagen - ein Gütesiegel für jede Membran«, fasst Prüfleiterin Schließmann zusammen.
Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen-
und Bioverfahrenstechnik IGB
Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart
Fax +49(0)711/970-4200
Dipl.-Ing. Claudia Lacher
Telefon +49 (0) 7 11/9 70-40 18
E-Mail lac@igb.fhg.de
Dipl.-Ing. Ursula Schließmann,
Prüfleiterin Membrantechnik
Telefon +49 (0) 7 11/9 70-41 22
E-Mail us@igb.fhg.de
