Forschern gelingt es, Polymere statt bei 450 °C bei 250 °C herzustellen. Dadurch besitzen die neuen Materialien eine fünffach höhere Wirkung bei verdoppelter Syntheserate. Das neue Polymer für Membranen ist zudem weniger spröde.
Mithilfe von Membranen können einzelne Bestandteile aus flüssigen oder gasförmigen Stoffgemischen abgetrennt werden. Zum Beispiel lassen sich Kohlendioxid aus Verbrennungsabgasen entfernen oder Schadstoffe aus Gewässern herausfiltern.
„Die von uns entwickelte neue Verbindung ist ideal für eine Vielzahl von zu trennenden Gasen“, sagt Prof. Volker Abetz, der Leiter des Instituts für Polymerforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) und Co-Autor der Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Science Advances. Die Autoren etnwickeln neue Membranmaterialien, die chemisch zur Stoffgruppe der so genannten Polyimide gehören. Bestimmte organische Gruppen wandeln sich bei einer Temperaturbehandlung in chemisch stabilere Formen um.
Werden solche Materialien nach herkömmlichen Verfahren hergestellt, sind diese Membranen meist spröde und brechen leicht. Die HZG-Wissenschaftler veränderten daher die chemische Struktur sowie einige Herstellungsparameter, um die Bedingungen der thermischen Umlagerung zu verbessern. Durch Vorschalten einer so genannten Claisen-Umlagerung wurde die für die thermische Umlagerung notwendige Temperatur von etwa 450 °C auf rund 250 °C gesenkt. Gleichzeitig konnte dabei die Umlagerungsrate um 50 % gegenüber der herkömmlichen Synthese gesteigert werden.
Volker Abetz: „Die neuen thermisch umgelagerten Polymere sind mechanisch und chemisch besonders stabil und zeigen eine fünffach höhere Permeabilität gegenüber konventionell thermisch hergestellten Material. Durch die niedrigeren Umlagerungstemperaturen lassen sich zudem erstmals Dünnfilmkomposit-Membranen herstellen.“ Das scheiterte bisher daran, dass die üblichen für die Herstellung notwendigen Trägermaterialien bei den 450 Grad der konventionellen Synthese völlig zerstört werden.
Insgesamt gewinnen die Membranen durch die neue Generation von Polymermaterialien an Attraktivität: Die niedrigeren Herstellungstemperaturen und die verbesserten Trenneigenschaften führen diese neuen Membranen erstmals in die wirtschaftliche Relevanz. Die Forscher sind sich sicher, damit die Membranmaterialien von morgen auf den Weg gebracht zu haben.
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