DuEPublico 2

Dies ist unser neues Repositorium, derzeit für E-Dissertationen und ausgewählte weitere Publikationen. Weitere Informationen...

Dünnschicht-Kompositmembranen auf Basis von Polyurethanen für die organophile Nanofiltration

Kuhn, Christian

Für thermische Trennverfahren zur Rückgewinnung von Rohstoffen, wie wertvolle Katalysatoren oder Produkte aus einer Reaktionslösung, sind heutzutage energiesparende und effiziente Alternativen von großer Bedeutung. Solche Verfahren sind z.B. Nanofiltrationstechniken, bei denen spezielle Trennmembranen genutzt werden um die gewünschten Substanzen mit bestimmten Größen abzutrennen bzw. zurückzugewinnen. Einen interessanten und stetig wachsenden Anwendungsbereich stellt hierbei die organophile Nanofiltration von Produkten mit einem Molekulargewicht zwischen 200 bis hin zu 1000 Da aus organischen Lösungsmitteln dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Synthesen von vernetzten Polyurethanen mit Hilfe eines Reaktors durchgeführt; ferner wurde die Machbarkeit der Herstellung von Polyurethanmembranen im technischen Maßstab aufgezeigt. Für diese Ziele mussten Prozessparameter untersucht werden, dabei hatte beispielsweise die Temperatur einen großen Einfluss auf die Polymersynthese. Sie führte bei Abweichung von der Solltemperatur zu einem zeitlich verschobenen Gelpunkt. Dieser wurde ebenfalls durch die Katalysatorzugabe bei der exothermen Polyurethanreaktion beeinflusst. Durch die Verschiebung der Gelpunkte wurde die Reproduzierbarkeit von Schichtdicken der selektiven Trennschicht erschwert. Die In-situ-Beschichtung der reaktiven Rakellösung war daher die größte Herausforderung um defektfreie und ähnlich dicke Schichten zu erhalten. Die Gelpunkte variierten zusätzlich bei der Verwendung unterschiedlicher Monomere für die Polyurethansynthese. Aus diesem Grund musste für jede Komposition eine Gelpunktbestimmung erfolgen. In den meisten Fällen konnte ein Gelpunkt bei 30 bis 35 Minuten erreicht werden und ermöglichte damit die Umsetzung von Synthesen im großen Maßstab. Ein weiterer wichtiger Prozessparameter für die Polymersynthese war die Wahl des richtigen Lösungsmittels. Zum Beispiel ermöglichte der Einsatz von THF die variierte Polyurethansynthese mit polaren und aliphatischen Monomeren durch eine homogene Lösung mit anschließender Synthese des Polymers. Für die Herstellung neuer Kompositmembranen war es wichtig neben den bisher beschriebenen Parametern eine geeignete Stützmembran zu finden. In dieser Arbeit wurden drei verschiedene Ultrafiltrationsmembranen (PAN 10, PAN 400 und MPF-U20S) untersucht. Mit allen Membranen konnten Kompositmembranen auf Basis von Polyurethan hergestellt werden, dabei hatte PAN 400 die geringsten Transportwiderstände. Die Verwendung von Polyethylenglycoldimethylether 150 als Porenfüller konnte für die Kompositmembranherstellung erfolgreich etabliert werden und zeigte anders als Tetralin keine ungewünschte Phasenseparation. Schlussendlich konnten unter Einhaltung der Prozessparameter, wie Reaktionstemperatur und präziser Dosierung, erfolgreich Nanofiltrationsmembranen mit Hilfe eines Reaktors hergestellt werden. Die Entwicklung maßgeschneiderter Membranen mit verschiedenen Rückhalten und Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Lösungsmitteln waren weitere Aufgaben in dieser Arbeit. Die hierbei gewonnenen Ergebnisse zeigten, dass es möglich war auf Basis von vernetzten Polyurethanmembranen Rückhalte und Permeabilitäten gezielt maßzuschneidern. Durch Variation der Molmasse von Polyolen konnte der Rückhalt bzw. die Permeabilität von Polyurethanmembranen erhöht oder verringert werden. Dabei spielte der Vernetzungsgrad eine wichtige Rolle. Auch der Einsatz von polaren und aliphatischen Monomeren, wie Polyethylenglycol 200, Polytetrahydrofuran 250 und Dodecandiol, zeigte eine Beeinflussung des Quellverhaltens von Polymerfilmen in unterschiedlichen Lösungsmitteln, wodurch die Permeabilität variiert werden konnte. Der Rückhalt war dabei nicht ausschließlich von der Quellung des Polymers in den Lösungsmitteln abhängig, sondern auch von der Löslichkeit des zurückgehaltenen Moleküls. Aliphatische Polyurethane bzw. Polyurethane, deren polarer Anteil geringer war, zeigten generell einen höheren Rückhalt in Ethanol. In Toluol hingegen erwiesen sich polarere Polyurethane für einen hohen Rückhalt geeigneter. Der Einsatz von höher funktionalisierten Monomeren führte zu einer höheren Vernetzung im Polymer und somit zu einem erhöhten Rückhalt. Des Weiteren konnten durch Veränderung der Aushärtebedingungen die Eigenschaften und Leistungen der Membranen verändert werden. Längere Aushärtezeiten reduzierten die Permeabilität der Polymere in Lösungsmitteln. Durch Erhöhung der Aushärtetemperatur ließ sich der Rückhalt der resultierenden Membran steigern, wobei durch Reaktion von Isocyanaten mit Urethan und anderen Isocyanaten die Vernetzung erhöht wurde. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass durch eine gezielte Auswahl der Monomere und der Herstellungsbedingungen organophile Membranen auf Basis von Polyurethan maßgeschneidert werden konnten und die Möglichkeit besteht diese im Technikumsmaßstab herzustellen.

Teilen und Zitieren

Zitierform:

Kuhn, Christian: Dünnschicht-Kompositmembranen auf Basis von Polyurethanen für die organophile Nanofiltration. 2014.

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export