Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer technisch neuen, innovativen Membran auf Basis der Plasma Immersions Ionenimplantation (PIII oder PBII) und in Folge dessen Produktentwicklungen in Verwendung dieser Membran. Dabei kann beim Herstellungsverfahren auf den Einsatz von organischen Chemikalien und Wasser vollst\u00e4ndig verzichtet werden. Es werden lediglich Edelgas und Elektroenergie ben\u00f6tigt, die Verbr\u00e4uche sind hierbei relativ gering. Durch die neue Technologie k\u00f6nnen Membranen aus Metallfolien hergestellt werden. Sie sind inert, flexibel, temperatur- und chemikalienbest\u00e4ndig.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenF\u00fcr die Herstellung von metallischen Filtermembranen wird das PBII-Verfahren derart genutzt, dass ei-ne sehr d\u00fcnne Folie aus zun\u00e4chst Edelstahl mit einer Dicke zwischen 3 Mikrometer und 10 Mikrometer, mit beschleunigten Helium Ionen von beiden Seiten beschossen wird. Dabei wird die Dosis so gew\u00e4hlt, dass es zu einer \u00dcbers\u00e4ttigung der Edelgasatome in der Metallfolie kommt. Durch die \u00dcbers\u00e4ttigung und durch Seg-regations- und Diffusionsprozesse bilden sich Poren, die sich auch in Ihrer Verteilung und Zahl pro Fl\u00e4cheneinheit in Abh\u00e4ngigkeit der Parameter Temperatur, Spannung, Ionendosis und Zeit steuern lassen. Die \u00d6ffnung der unter der Metalloberfl\u00e4che entstandenen Poren erfolgt mittels einer anschlie\u00dfenden Zerst\u00e4ubung der Oberfl\u00e4che durch Beschuss mit Argon-Ionen. Zun\u00e4chst werden Einflussparameter zur Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran ermittelt. Die Eigenschaften der Membran (R\u00fcckhalteverm\u00f6gen, Durchflussgeschwindigkeit) werden durch die DVGW Forschungsstelle untersucht. Durch Optimierung der Parameter soll eine Sterilfiltrationsmembran produziert werden. Weitere Parameter wie Best\u00e4ndigkeit, Korrosionseigenschaften und Stabilit\u00e4t sollen ermittelt und eine geeignete St\u00fctzschicht gefunden werden. In weiteren Versuchen sollen Membranen mit kleineren Poren im Bereich der Ultra- bzw. Nanofiltration ermittelt werden. <\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Mit Hilfe der Implantation von Argon-Ionen in Edelstahlfolie lassen sich mikropor\u00f6se Membranen herstellen. Mit Hilfe zweier Verfahren, dem Plasma-Immersions-Ionenimplantationsverfahren (PBII) und dem Ion-Beam-Etching-Verfahren (IBE) konnten aus Edelstahlfolie einer Dicke d = 5 Mikrometer, mikropor\u00f6se Strukturen hergestellt werden. Die Dicke der hergestellten Membranen betrug zwischen 1 und 2 Mikrometer und brauchten eine St\u00fctzschicht, die in Form einer Edelstahlfolie gefunden wurde, die L\u00f6cher einer Gr\u00f6\u00dfe von 50 Mikrometer aufweist. <\/p>\n
Verunreinigungen des Edelstahls mit Aluminiumoxid, das im Herstellungsprozess des Edelstahls als Aluminium zugef\u00fchrt wird und durch Redox-Prozesse den vorhandenen Sauerstoff bindet, f\u00fchrten bei der Ionenimplantation zu einzelnen gro\u00dfen Poren eines Durchmessers von bis zu 7 Mikrometer, die f\u00fcr eine Mikrofiltration nicht akzeptabel schienen. Durch die Verwendung von zwei \u00fcbereinandergelegten Membranen in einer Sandwichstruktur mit den zus\u00e4tzlichen St\u00fctzschichten konnte eine funktionst\u00fcchtige Mikrofiltrationsmembran realisiert werden. Die mittlere Porenweite liegt bei 0,2 Mikrometer, der Durchfluss liegt im Vergleich zu Mikrofiltrationsmembranen aus Polyethersulfon von Millipore oder Membrana GmbH (Wuppertal) ca. 1 Dekade unter den gemessenen Werten der Polymermembranen. Ergebnisse von Kor-rosionsuntersuchungen ergaben eine Best\u00e4ndigkeit der Membran f\u00fcr den untersuchten Einsatzzweck einer Laborfiltration.<\/p>\n
Die Herstellungszeit einer Labormembran mit einem Durchmesser von d = 13 mm bzw. 25 mm lag zu-n\u00e4chst bei ca. 60 Minuten, konnte aber durch eine im Projektzeitraum entwickelte effizientere Plasmaquelle auf 1 (f\u00fcr 13 mm) bzw. 4 Minuten (f\u00fcr 25 mm) reduziert werden. Damit ist die entwickelte Membran hinsichtlich der Herstellungspreise marktf\u00e4hig f\u00fcr die Probenvorbereitung insbesondere bei der Spurenstoffanalytik. Hier spielen organische Extractables & Leachables oder adsorptive Eigenschaften von Membranen eine gro\u00dfe Rolle und k\u00f6nnen bei Verwendung von Polymermembranen nicht vollst\u00e4ndig vermieden werden. <\/p>\n
Das prim\u00e4re Ziel, die Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran aus Edelstahl mittels der Ionenimplantation von Edelgasen wurde erreicht. Unter Ber\u00fccksichtigung der Etablierung einer neuen Herstellungstechnologie und der damit verbundenen technischen Risiken, konnte ein neues und marktf\u00e4higes Herstellungsverfahren etabliert werden.<\/p>\n
Eine Weiterentwicklung der Herstellung der Metallmembran durch einen festen Verbund mit einer St\u00fctzschicht wird au\u00dferhalb des Forschungsprojektes mit konkreten Ans\u00e4tzen fortgef\u00fchrt, sodass ein breiterer Einsatz der Metallmembran erm\u00f6glicht wird. Zudem werden konkrete zus\u00e4tzliche Eigenschaften der Metallmembran, die sich durch die Leitf\u00e4higkeit dieser ergibt, im Bereich der Elektrosorption weiter verfolgt. Es l\u00e4sst sich mit dem gleichen Verfahren eine Edelstahlfolie mit extrem hoher spezifi-scher Oberfl\u00e4che von 4 m2\/g herstellen, die insbesondere zur Adsorption von biologischen Stoffen \u00fcber Elektrosorption geeignet ist.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00dcber das Forschungsprojekt wurde eine Pressemitteilung in deutscher und englischer Sprache herausgegeben, die zu vielfachen R\u00fcckmeldungen f\u00fchrte. Weitere Pr\u00e4sentationen auf Fachveranstaltungen im Rahmen biotechnologischer und labortechnologischer Tagungen folgen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mit dem Forschungsprojekt konnte ein neues Verfahren zur Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran etabliert werden. Technische Risiken f\u00fchrten zum einen zu Verz\u00f6gerungen bei den urspr\u00fcnglich geplanten Meilensteinen, hatten auf der anderen Seite zur Folge, dass L\u00f6sungen geschaffen wurden, die den Rahmen der Etablierung neuer Techniken wesentlich erweiterten. In der Kooperation der Bereiche Membrantechnologie und Ionentechnologie, die bisher keine Ber\u00fchrungspunkte hatten, sind neue Ans\u00e4tze f\u00fcr Entwicklungen entstanden, die weit \u00fcber das Forschungsprojekt positive Folgen zeigen werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer technisch neuen, innovativen Membran auf Basis der Plasma Immersions Ionenimplantation (PIII oder PBII) und in Folge dessen Produktentwicklungen in Verwendung dieser Membran. Dabei kann beim Herstellungsverfahren auf den Einsatz von organischen Chemikalien und Wasser vollst\u00e4ndig verzichtet werden. Es werden lediglich Edelgas und Elektroenergie […]<\/p>\n","protected":false},"author":0,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[61,47,51,52,53],"class_list":["post-26137","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-hamburg","tag-klimaschutz","tag-ressourcenschonung","tag-umweltforschung","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"30955\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"","dbu_projektdatenbank_bsumme":"258.025,00","dbu_projektdatenbank_firma":"i3 Membrane GmbH\nNiederlassung Hamburg","dbu_projektdatenbank_strasse":"Theodorstr. 41 P","dbu_projektdatenbank_plz_str":"22761","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Hamburg","dbu_projektdatenbank_p_von":"2013-10-01 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2014-12-31 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"1 Jahr und 3 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"+49 40 52 59 08 70","dbu_projektdatenbank_inet":"www.i3membrane.de","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Hamburg","dbu_projektdatenbank_foerderber":"121","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"DBU-Abschlussbericht-AZ-30955-01.pdf","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/26137","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/26137\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":39140,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/26137\/revisions\/39140"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=26137"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=26137"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=26137"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}