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 Membranherste