Graphen

1. Dezember 2020 | Von Scott Jenkins

Aufgrund der potenziellen Energieeinsparungen wird die Filtration in vielen Anwendungen als Alternative zu thermischen Trennverfahren (wie Destillation und Verdampfung) untersucht. Allerdings sind herkömmliche Filtrationsmembranen, wie sie beispielsweise bei der Wasserentsalzung eingesetzt werden, oft nicht robust genug, um hohen Temperaturen standzuhalten und raue chemische Bedingungen.

Jetzt hat Via Separations (Somerville, Mass.; www.viaseparations.com) ein Verfahren zur Herstellung von Graphenoxid (GO)-Membranmaterial demonstriert, das rauen Bedingungen standhält. In ihrer ersten kommerziellen Anwendung wird die GO-Membran zur Konzentration von Schwarzlauge in Zellstoff- und Papierbetrieben eingesetzt, wo die Membran einem sehr hohen pH-Wert ausgesetzt ist.

Schwarzlauge ist ein Nebenprodukt von Holzaufbereitungsprozessen und enthält Lignin, Hemizellulose und anorganische Materialien aus Holz, nachdem die Zellulose bei der Papierherstellung entfernt wurde. Zu Beginn enthält die Schwarzlauge etwa 12–15 % Feststoffe und muss auf 70 % Feststoffe konzentriert werden, um die organischen Chemikalien aus der Schwarzlauge zurückzugewinnen und wieder in den Aufschlussprozess zurückzuführen.

Die Membran von Via besteht aus Graphenoxidflocken (GO), die durch ein proprietäres Abscheidungsverfahren auf ein hydrophiles Trägermaterial gegossen werden. Das resultierende Gerüst aus GO-Flocken ist durch anpassbare molekulare Verbindungen miteinander verbunden, die es den Wissenschaftlern ermöglichen, den Abstand zwischen den GO-Flocken zu manipulieren. „Der Montageprozess mit dem GO und den Verbindungen kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden“, erklärt Via-Ingenieurin Lauren Kovacs. „Die GO-Chemie ermöglicht Anpassungen zur Trennung von Materialien mit unterschiedlichen Molekulargewichten.“

Die resultierende Membran ist robust genug, um Feststoffe bei pH-Werten von 13–14 abzutrennen. Das Membranmaterial wird dann spiralförmig zu Modulen gewickelt, die der Konfiguration einer Umkehrosmosemembran ähneln.

Via-Ingenieure bauen ein tragbares Pilotsystem zur Schwarzlaugenkonzentration, das Anfang 2021 in einer Papierfabrik installiert werden soll.