Funktionalisierte Membranen für die Abtrennung von Schadstoffen aus Wasser
Immer mehr Mikroschadstoffe im Grundwasser, die in Kläranlagen nicht vollständig abgebaut werden, sind ein wachsendes Problem. Zu den Mikroschadstoffen gehören sehr unterschiedliche Stoffgruppen, wie z.B. Arzneimittelrückstände, Stoffe aus der Landwirtschaft (Pestizide, Herbizide) oder auch Industriechemikalien.
Diese Stoffe werden teilweise in der Natur kaum abgebaut und können sich auch in Organismen anreichern. In den letzten Jahrzehnten wurde eine weltweite Ansammlung dieser Spurenstoffe in Abwasser, Oberflächenwasser und Grundwasser beobachtet.
Mikroschadstoffe sind chemisch sehr unterschiedlich aufgebaut, und es gibt deshalb keine universell einsetzbare Lösung, um diese abzutrennen. Mit dem in diesem Projekt verfolgten Ansatz sollen sogenannte Membranadsorber flexibel mit sehr unterschiedlichen funktionellen Gruppen ausgestattet werden.Sie bieten damit maßgeschneiderte Lösungen für die Behandlung von verunreinigtem Wasser.
Für die Filtration von Wasser gibt es bereits eine ganze Reihe unterschiedlicher Membrantypen, wobei die Porengröße der Membran die Trenneigenschaften bestimmt. Dabei wird typischerweise nur eine dünne Schicht der Membran für die Trennung genutzt. Die darunterliegende poröse Struktur mit großer innerer Oberfläche bleibt dagegen ungenutzt.
In diesem Projekt werden Materialien und Verfahren entwickelt, um Membranen mit zusätzlichen Funktionen auszustatten. Durch eine Kombination von Beschichtungen und funktionellen Partikeln in der inneren Stützstruktur der Membran sollen neuartige Membranen entwickelt werden, die dort gezielt Schadstoffe (Mikroschadstoffe, Schwermetalle) über Adsorption binden können. In diesen sog. Mixed-Matrix Membranen wird die Filtration mit der Adsorption kombiniert.
Um das zu erreichen, werden zunächst polymere Partikel mit Größen von ca. 200 nm hergestellt und mit unterschiedlichen Funktionen ausgestattet. Es konnte bereits gezeigt werden, dass diese Partikel in Membranen eingebaut werden können. Parallel dazu werden funktionelle Beschichtungen für Membranen entwickelt, die sich einfach und effektiv in einem Nachbehandlungsschritt in die Membran integrieren lassen. Die Basis bildet dabei die Click-Chemie, die als besondere Merkmale eine schnelle Reaktion auch unter milden Bedingungen, einen hohen Umsatz und eine große Vielfalt an möglichen Funktionalitäten bietet. Auch hier konnte bereits die prinzipielle Machbarkeit demonstriert werden, wobei beschichtete Membranen hergestellt werden konnten, die neben ihren Ultrafiltereigenschaften auch Kupferionen adsorbieren können.
In Rahmen des Projektes werden diese beiden Ansätze dann zusammengeführt und an realen Proben getestet.