Das zunehmende Bewusstsein für die Umwelt beschert der Umwelttechnologie immer neues Wachstum durch Entwicklung und Einsatz innovativer Technologien. Nur eines von vielen Beispielen ist die Polymermembran, die zur Stofftrennung sowie zur Mikrofiltration eingesetzt wird. Je nach Aufbau ist sie zu einer Seite hin gasdurchlässig, wasserdurchlässig oder nur für bestimmte Mikropartikel oder organische Stoffe passierbar. Einsatzgebiete sind unter anderem die Aufbereitung von Biogas durch CO2-Abtrennung oder die energiesparendere Meerwasserentsalzung. Große Aufmerksamkeit erfährt die Polymermembran als zentrale Komponente in der Brennstoffzelle, wo sie nicht nur für die Gastrennung zuständig ist, sondern als Elektrolyt auch die Protonen leitet. Viele universitäre Institute und industrielle Forschungseinrichtungen widmen sich weltweit der Aufgabe, diese Komponenten günstiger herzustellen und gleichzeitig die wesentlichen Eigenschaften hinsichtlich Temperaturbeständigkeit, Gasdurchlässigkeit und Selektivität für bestimmte Gase zu verbessern
Eine Forschungsarbeit des Nanoscience Institute of Aragón der Universität Zaragoza beschäftigte sich mit der Entwicklung einer Membran mit Polysulfon, einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff, als Polymer Matrix sowie sphärischen (kugelförmigen) Silika (SiO2) Partikeln als Füllstoff. Untersucht wurden Morphologie und Homogenität der Partikelverteilung in der Membran bei unterschiedlichen Stärken sowie die Eigenschaften bei verschiedenen Gewichtsanteilen der sphärischen Silika Partikel. Weit entfernt sind die tatsächlichen Größenverhältnisse von der anschaulichen Grafik zur Veranschaulichung einer Brennstoffzelle weiter oben. Die Dicken der Membran bewegen sich zwischen 75 bis 100 µm und die Silika Partikel sind im Durchmesser um die 5 µm. Gleich zwei Mal wird Vakuum bei den verschiedenen Experimenten benötigt. Zum Einen muss das Polysulfon vor der Verkettung mit dem Füllstoff vier Stunden bei 100 °C im Vakuum getrocknet werden, zum anderen werden die bei Raumtemperatur getrockneten Membranfilme bei 10 bar und 100 °C einen Tag im Vakuumtrockenschrank entgast, um das aus der Polymerherstellung verbliebene Lösungsmittel zu entfernen.
Im Anschluss an die Herstellung der Membranen folgten zahlreiche Untersuchungen mit Rasterelektronenmikroskop, Thermogravimetrie, Infrarotspektroskopie sowie Röntgen, mechanische Belastungstests und Messungen der Permeabilität. Dabei zeigte sich, dass mit der gewählten Werkstoffkombination aus Polysulfon und Silika der Anteil an Füllstoff gering gehalten werden kann, obwohl gleichzeitig Gasdurchlässigkeit und Selektivität verbessert wurden. Die vollständige Veröffentlichung ist bei ACS Publications erhältlich. Unser besonderer Dank gilt Herrn Joaquín Coronas von der Universität Zaragoza für seine Unterstützung beim Verfassen dieses Anwenderberichtes.
