Innovative Wasserfiltration und -reinigung

Verbesserte Koaleszenz von Mikro-Öltropfen durch spinnenseidenartige Strukturen

Die Nachfrage nach innovativer Wasserfiltration und -reinigung wächst stetig. Dazu gehört auch die Abtrennung von dispergiertem Öl (mit Tröpfchen kleiner als 20 μm) aus Industrie- und Naturgewässern. Die Grenzen der bestehenden technischen Lösungen liegen im hohen Energieverbrauch, den aufwendigen Verfahren, der langen Bearbeitungszeit und den hohen Kosten.

In der jüngsten Vergangenheit hat die bionische Entwicklung von Materialien auf Faserbasis zu enormen Leistungsverbesserungen bei technischen Textilien in verschiedenen industriellen Prozessen geführt. In der Natur besitzt die Fangseide von Spinnentieren eine periodische Spindelknotenstruktur, die eine gerichtete Bewegung auf winzige Wassertröpfchen ausübt, was schließlich zu großen Tröpfchen führt, die sich an den Spindelknoten sammeln.

Davon inspiriert, besteht die Grundidee darin, ein Netz von Filamenten mit zunehmendem Querschnitt in die Öl-in-Wasser-Emulsion einzubringen, was zu größeren Öltröpfchen führt, die wesentlich schneller aufsteigen. Dazu wurde eine superbenetzende PVDF-Membran mit spindelförmig geformten Fasern im Elektrospinnverfahren hergestellt. Aufgrund der besonderen Benetzbarkeit und der Geometrie der Fasern mit Spindelknotenstruktur sammeln sich die Öltröpfchen schnell auf der Membranoberfläche an und bewegen sich in Richtung der Spindelknoten auf den Fasern, wo sie durch Koaleszenz wachsen, bis sie durch Auftriebskräfte von den Fasern abgelöst werden. Sie driften an die Oberfläche der Emulsion, von der sie leicht abgeschöpft werden können.

Diese Arbeit ebnet den Weg für die Gestaltung neuartiger Oberflächen für die Beherrschung von Tröpfchentransport-Phänomenen, wo die Behandlung ölhaltiger Abwässer, Wassersammelsysteme oder mikrofluidische Geräte von großem Interesse sind.

IHR ANSPRECHPARTNER

    PD Dr.-Ing. Thomas Stegmaier

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    Stv. Leiter Kompetenzzentrum Textilchemie, Umwelt & Energie

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