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Innovationen

For a clean environment

Simple method for binding pollutants in water

N

ew types of membrane ad-

sorbers remove unwanted

particles from water and also,

at the same time, dissolved sub-

stances such as the hormonally

active bisphenol A or toxic lead.

To do this, researchers at the

Fraunhofer Institute for Interfa-

cial Engineering and Biotechnolo-

gy (IGB) imbed selective adsorber

particles in filtration membranes.

It was not until January 2015 that

the European Food Safety Author-

ity (EFSA) lowered the threshold

value for bisphenol A in packag-

ing. The hormonally active bulk

chemical is among other things

a basic material for polycarbon-

ate from which, for example, CDs,

plastic tableware or spectacles

glasses are manufactured. Due to

its chemical structure, bisphenol

A is not completely degraded in

the biological stages of treatment

plants and is discharged into riv-

ers and lakes by the purification

facility.

Activated carbon or adsorber ma-

terials are already used to remove

chemicals, anti-biotics or heavy

metals from waste or process

water. However, a disadvantage

of these highly porous materials

is the long contact time that the

pollutants require to diffuse into

the pores. So that as many of the

harmful substances as possible

are captured even in a shorter

time, the treatment plants use

larger quantities of adsorbers in

correspondingly large treatment

basins. However, activated car-

bon can only be regenerated with

a high energy input, resulting for

the most part in the need to dis-

pose of large quantities of mate-

rial contaminated with pollutants.

Also, membrane filtration with

nanofiltration or reverse osmosis

membranes, which can remove

the contaminating substances,

is not yet cost-effective for the

removal of dissolved molecules

from high-volume flows such as

process or wastewater. Mem-

branes filter the water through

their pores when a pressure is

built up on one side of the mem-

brane, thus holding back larger

molecules and solid particles. But

the smaller the membrane pores

are, the higher the pressure – and

therefore the more energy – that

is required to separate the sub-

stances from water. Researchers

at the Fraunhofer Institute for

Interfacial Engineering and Bio-

technology (IGB) in Stuttgart have

opted for a new approach that

combines the advantages of both

methods. When manufacturing

the membranes they add small,

polymeric adsorber particles. The

resulting membrane adsorbers

can – in addition to their filtration

function – adsorptively bind sub-

stances dissolved in water. The

scientists make use of the porous

structure of the membrane lo-

cated underneath the separation

layer. The pores have a highly spe-

cific surface so that as many parti-

cles as possible can be imbedded,

and they also provide optimum

accessibility.

Tiny polymeric particles that bind pollutants from the water

are imbedded in the porous carrier structure of the membrane

adsorbers.

Photo: Fraunhofer IGB

Nano-Partikel verfügen über ein besonders großes

Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Das macht

sie äußerst effizient und reaktiv. Es reichen schon ge-

ringe Mengen aus, um große Wirkungen zu erzielen.

Diesen Effekt nutzen Forscherinnen und Forscher des

Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie (ICT)

in Pfinztal bei Karlsruhe für neuartige Beschichtungen.

Dazu arbeiten sie Nano-Wirkstoffe in Polymersysteme

ein. Diese Schichten las-

sen sich einfach wie Far-

be oder Lacke auftragen.

„Die besonderen Ei-

genschaften der Nano-

Komposite können sich

jedoch nur entfalten,

wenn sich die Partikel

nicht anhäufen und ei-

ne Agglomeration ver-

mieden wird“, erläutert

Helmut Schmid vom

Fraunhofer ICT. Der Wis-

senschaftler entwickelte

gemeinsam mit Instituts-

Kollegen ein Verfahren, mit dem sich Nano-Partikel

gleichmäßig in der Polymermatrix verteilen lassen.

Farbwechsel gefällig?

In einem vom Bundesministerium für Bildung und

Forschung (BMBF) geförderten Projekt arbeiteten

ICT-Forscher gemeinsam mit Industrie-Partnern an

neuartigen Nano-Schichten für Metalldrähte und

Bänder. Dabei entwickelten die Experten schaltbare,

thermochrome Beschichtungen, die je nach Tempera-

tur ihre Farbe ändern und so entweder Wärme absor-

bieren oder zurückstrahlen. Werden Metallbänder

damit versehen, verfügen sie über ganz besondere

Eigenschaften: Liegen die Temperaturen unter 30 °C,

nimmt die schwarze Schicht Wärme auf. Wird es al-

lerdings heißer, ändert sich die Farbe. Der nun trans-

parente Lack reflektiert die

Infrarot-Strahlen.So

be-

schichtete Bänder und Drähte sind für Anwendungen

in der Architektur interessant. Sie lassen sich verwe-

ben und als „wärmeregulierende“ Außenverkleidung

von Wänden und Fassaden nutzen. Sie helfen, die Ge-

bäude passiv zu klimatisieren und so die Betriebskos-

ten zu senken.

Die Nanoschichten

lassen sich einfach wie

Lack auftragen.

Foto: Christian Daum /

pixelio.de Umwelttechnik seit 1912 www.kreisel.eu

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