Einfluss des Oberflächenpotentials von leitfähigen Polymermembranen (ZETA-Membran) auf das Fouling- und Trennverhalten in der Wasseraufbereitung

Membranfiltrationsverfahren erleben in der Aufbereitungstechnik von Wässern in den vergangenen 20 Jahren einen starken Zuwachs. Trotz des steigenden Einsatzes bleibt ein Problemfeld kommerzieller Membranen die Anhaftung und die Adsorption deckschichtbildender Substanzen (sogenanntes Fouling). Das Fouling wird im Niederdruckbereich (Mikro- bzw. Ultrafiltation) vornehmlich durch Partikeln und Kolloide (kolloidales Fouling), sowie organische Makromoleküle (organisches Fouling) und Mikroorganismen (Biofouling) verursacht. Bei den Hochdruckfiltrationsverfahren Nanofiltration und Umkehrosmose kommt es vornehmlich zur Adsorption gelöster organischer Substanzen sowie zu Biofouling.  Maßnahmen zur Fouling Kontrolle reichen von der Vorbehandlung von Wässern, über die hydrodynamische Optimierung der Strömung im Membranmodul bis zur physico-chemischen Anpassung der Oberflächeneigenschaften der eingesetzten Materialien (Polymere). Im letzteren Handlungsfeld möchte vorliegendes Forschungsvorhaben offene Fragestellungen zu Wirkzusammenhängen zwischen Ladungseigenschaften der Membranoberfläche, den resultierenden Fouling und Rückhalteverhalten aufklären.

Mittels Ionenstrahlbehandlung durch ionengestützte Beschichtung sowie Plasma Immersions Ionenimplantation (PIII oder PBII) und Beschichtung (PBII&D) wird die Oberflächenleitfähigkeit herkömmlicher Polymermembranen gezielt erhöht. Entsprechend behandelte Membranen werden in standardisierter wässriger Lösung durch definiertes Anlegen eines elektrischen Potentials (- 200 mV bis + 200 mV) auf das resultierendes Fouling- und Rückhalteverhalten hin untersucht. Die Versuchsergebnisse werden auf Basis bekannter Transportmodelle (elektrokinetische Modelle) überprüft und Modellanpassungen durchgeführt. Ein besseres, umfassendes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Oberflächenladung der Membran (Zetapotential) und resultierendem Fouling- bzw. Rückhalteverhalten könnte zur gezielten „potentialgesteuerten Funktionalisierung“ von Membranoberflächen eingesetzt werden.