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Membranverfahren,

 

Verfahren zur Trennung von flüssigen und gasförmigen Gemischen mithilfe von Membranen. Bei Umkehrosmose, Ultrafiltration, Pervaporation und Gaspermeation (Diffusionstrennverfahren) werden unter dem Einfluss einer Druckdifferenz bestimmte Komponenten (z. B. das Lösungsmittel) als Permeat durch die Membran hindurchgedrückt, während das Retentat (z. B. eine aufkonzentrierte Lösung) zurückbleibt.

 

Bei der Umkehrosmose (Reversosmose, Hyperfiltration) hält die Membran Salzionen und kleine Moleküle (Teilchendurchmesser 0,1 bis 2 nm) weitgehend zurück (der Salzschlupf beträgt 2-10 %). Die Trennwirkung lässt sich durch unterschiedliche Löslichkeit von Lösungsmittel und gelösten Ionen im Membranmaterial erklären. Das Verfahren findet technische Anwendung z. B. bei der Meerwasserentsalzung und - in Kombination mit Ionenaustauschern - bei der Reinstwasserherstellung. Der Betriebsdruck muss wesentlich höher sein als der osmotische Druck der Lösung und kann Werte bis zu 150 bar erreichen.

 

Die Ultrafiltration dient zur Abtrennung kolloider Teilchen (Durchmesser 1 nm bis 1 μm). Sie arbeitet mit Betriebsdrücken von 0,5 bis 10 bar. Die Trennwirkung wird durch Poren ermöglicht, die - wie ein Sieb - Lösungsmittelmoleküle hindurchlassen, nicht aber kolloide Teilchen. Anwendungsgebiete sind die Aufbereitung spezieller Abwässer (z. B. Bohrölemulsionen) sowie die Aufkonzentrierung von Molke, Obstsäften u. a. Für die Umkehrosmose werden u. a. Celluloseacetat und Polyamide, für die Ultrafiltration Polysulfone und Polyvinylidenfluorid als Membranmaterialien verwendet. Durch geeigneten Aufbau des Membransystems (Modul) wird eine möglichst große Membranoberfläche in einem kleinen Volumen untergebracht. Verwendet werden u. a. Wickel-, Hohlfaser- und Rohrbündel-Membranmoduln.

 

Bei der Pervaporation wird das Permeat in dampfförmigem Zustand von der Membranrückseite abgeführt. Das Verfahren eignet sich zur Energie sparenden Abtrennung von Restmengen aus Flüssigkeitsgemischen (z. B. Alkohol aus Gärmaischen, Lösungsmittel aus Abwässern). Die Dialyse ist ein Membranverfahren, bei der eine Konzentrationsdifferenz ausgenutzt wird. Bei der Elektrodialyse werden Salze mithilfe von ionenselektiven Membranen unter der Einwirkung einer elektrischen Gleichspannung aus Lösungen (z. B. Meerwasser) entfernt. Anode und Kathode von Elektrodialysezellen sind durch Kunststoffmembranen voneinander getrennt, die abwechselnd nur für Anionen (Anionenaustauschermembran) oder nur für Kationen (Kationenaustauschermembran) durchlässig sind.