05.11.2007

Intelligente Doppel-Membran

Hochporöse Doppel-Membranen mit extrem enger Porengrößen-Verteilung lassen sich mittels gleichzeitiger Mikro- und Makrophasentrennung aus einer einzigen Polymerlösung erzeugen.



Hochporöse Doppel-Membranen mit extrem enger Porengrößen-Verteilung lassen sich mittels gleichzeitiger Mikro- und Makrophasentrennung aus einer einzigen Polymerlösung erzeugen.

Forscher des GKSS-Forschungszentrums in Geesthacht haben ein neues Verfahren zur Fertigung asymmetrischer Membranen entwickelt. Damit können sie hochporöse Doppel-Membranen mit extrem enger Porengrößen-Verteilung erstmals mittels gleichzeitiger Mikro- und Makrophasentrennung erzeugen.

Asymmetrische Blockcopolymer-Membran – hinter diesem Begriff verbirgt sich eine interessante Membran, die aus zwei Schichten aufgebaut ist: einer dünnen, isoporösen Schicht aus streng geordneten Blockcopolymeren und einer sich direkt daran anschließenden schwammartigen ungeordneten Schicht aus dem gleichen Material. „Uns ist es gelungen, in nur einem Arbeitsschritt und aus einer Polymerlösung, zwei unterschiedlich strukturierte Membranschichten zu erzeugen“, berichtet Institutsleiter Volker Abetz. „Besonderer Clou ist dabei, dass die Neigung zur Selbstorganisation von Blockcopolymeren unter günstigen Bedingungen zur Ausbildung der hoch geordneten porösen Struktur der oberen Membranschicht genutzt werden kann, während die untere Schicht durch einen Ausfällprozess eine schwammartige Struktur entwickelt.“

Bislang mussten die zwei Schichten einer Membran aufwändig und kompliziert mechanisch zusammengesetzt werden. Bei dem von den GKSS-Forschern entwickelten Verfahren, ordnen sich beide Schichten in nur einem Arbeitsschritt von selbst.

Dazu wird die Blockcopolymerlösung auf einen Träger dünn aufgetragen, für kurze Zeit an der Luft gelassen und schließlich in ein Wasserbad gegeben. Während dieser kurzen Zeit organisiert sich die oberste Membranschicht (rund 200nm) von selbst zu einer hoch geordneten Struktur (Mikrophasentrennung); gleichzeitig bildet sich im unteren Teil die schwammartige Stützstruktur aus (Makrophasentrennung). „Dieses neue zum Patent angemeldete Verfahren ist sehr einfach und schnell. Allerdings müssen die Ausgangsparameter wie Zusammensetzung des Blockcopolymers und der Gießlösung sowie die Luftverweilzeit sorgfältig bestimmt werden“, erklärt Klaus-Viktor Peinemann, der eine solche Membran erstmals entwickelte.

Abb.: Eine asymmetrische Blockcopolymer-Membran ist eine Doppel-Membran, die aus zwei Schichten aufgebaut ist: einer dünnen, isoporösen Schicht aus streng geordneten Blockcopolymeren und einer sich direkt daran anschließenden schwammartigen ungeordneten Schicht aus dem gleichen Material. (Quelle: GKSS)

In der aktuellen Arbeit der Helmholtz-Forscher, die in der Dezember-Ausgabe von „Nature Materials“ veröffentlicht wird, zeigen die Geesthachter erstmals Bilder der neuen Membran. Deutlich zu erkennen sind die beiden unterschiedlichen Schichten. Die obere Membranschicht besitzt einen effektiven Porendurchmesser von rund acht Nanometer – damit können Proteine zurück gehalten werden.

Mögliches Anwendungsgebiet für die neue Membran wäre zum Beispiel der Bereich Nanofiltration in der Biotechnologie.

Quelle: GKSS-Forschungszentrum Geesthacht

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