Graphene für die Wasserfilterung
Zahlreiche Wasserfilterungsmethoden nutzen poröse Membranen, welche Moleküle anhand ihrer Größe voneinander trennen. Die grundsätzliche Idee besteht darin, den Durchfluss von Wassermolekülen zu ermöglichen, während größere verunreinigende Partikel wie organische Materie und Bakterien zurückgehalten werden. Je dünner die Membran, desto schneller kann das Wasser hindurchfließen und desto effizienter der Prozess. Im Hinblick auf die Membrandünne und die gleichzeitige Aufrechterhaltung der Membranstärke bestehen jedoch Einschränkungen. Die EU-finanzierte Initiative GRAPHENEHF (Graphene-assembled inorganic hollow fibre membranes and membrane modules for water treatment) zielte darauf ab, aus den dünnsten, stärksten bekannten Materialien Membrane herzustellen: Die Rede ist von Graphen. Da Graphen ein ein Atom dickes Material ist, welches Kohlenstoffatome beinhaltet, die wie eine Honigwabe angeordnet sind, kann das Material Moleküle im Nanomaßstab voneinander trennen. Weil das Material sehr dünn ist, weist dieses zudem eine sehr hohe Durchflussrate auf, was für eine äußerst hohe Effizienz sorgt. Im Rahmen von GRAPHENEHF wurden Möglichkeiten zur Herstellung von Graphenmembranen untersucht, welche durch anorganische Hohlfasern verstärkt sind und welche sich problemlos in industrielle Moleküle assemblieren lassen. Forscher versuchten sich zunächst an einem chemischen Prozess, der als chemische Dampfabscheidung bekannt ist, um einen Graphenfilm auf die metallischen Hohlfasern abzulagern, die aus Kupfer und Eisen bestehen. Die Idee war es, in dem Kupfer Poren zu schaffen, die durch das Eisen verstärkt werden. Obwohl die Herstellung einzelner Graphenschichten auf den Metallhohlfasern erfolgreich war, bedarf der Prozess noch der Verbesserung, bevor eine industrielle Anwendung möglich ist. Im Folgenden probierten die Forscher eine Filtermethode aus, um Graphenoxidmembranen herzustellen, die von Hohlfasern unterstützt werden. Nachdem Probleme bezüglich der Membranschrumpfung und einer geringen Permeabilität überwunden worden waren, wurde eine stabile Graphenoxidmembran mit einer hohen Flussrate hergestellt. Ferner wurde demonstriert, dass die Membran verhindert, dass die meisten kleinen Moleküle durchdringen, auch wenn eine Permeabilität gegenüber Gas vorlag. Abgesehen von der Graphenmembran können die im Zuge des Projekts entwickelten Hohlfasern für sich genommen als Membranen für die poröse Mikrofiltration und Ultrafiltration genutzt werden. Dies sollte für die Wasseraufbereitungsindustrie von großem Interesse sein.
Schlüsselbegriffe
Graphen, Wasserfilterung, poröse Membrane, GRAPHENEHF, Hohlfaser
