Sumitomo Chemical aus Japan entwickelt neue Aluminiumoxid-Technologie – Permeationsfluss von Keramikmembranen um mehr als das Dreifache gesteigert

de.wedoany.com-Bericht: Sumitomo Chemical hat eine neue Hochleistungs-Aluminiumoxid-Technologie entwickelt, die darauf abzielt, den Permeationsfluss von Keramiktrennmembranen erheblich zu erhöhen, ohne deren Trenneigenschaften zu beeinträchtigen. Diese Technologie adressiert das häufige Problem, dass Durchfluss und Trenneffizienz in Membrananwendungen nur schwer gleichzeitig zu optimieren sind, und könnte neue Lösungswege für die Abwasserbehandlung und andere anspruchsvolle Anwendungen eröffnen.

Nach Angaben von Sumitomo Chemical kann das neu entwickelte Aluminiumoxid die Dichte der „Durchgangsporen“ innerhalb der Membranstruktur erhöhen, wodurch Fluide mehr Durchgangswege erhalten. Keramiktrennmembranen werden aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit, chemischen Beständigkeit und thermischen Stabilität häufig in Prozessen mit Suspensionen, Emulsionen und anderen Medien eingesetzt, die zur Ablagerung von Schadstoffen in den Membranporen neigen. Mit zunehmender Verschmutzung sinkt jedoch der Permeationsfluss der Membran, was die Behandlungsleistung verringert und den Reinigungsbedarf sowie die Betriebsinstabilität erhöhen kann.

Die Forscher verwendeten Hefesuspensionen, um die innere dreidimensionale Struktur und die Filtrationsleistung von mehrschichtigen α-Aluminiumoxid-Rohrmembranen vergleichend zu testen. Die Ergebnisse zeigten, dass die mit dem neuen Aluminiumoxid von Sumitomo Chemical hergestellten Membranen trotz nahezu identischer mittlerer Porendurchmesser eine deutlich höhere Dichte an Durchgangsporen aufwiesen. Die höhere Dichte verteilt den Permeationsstrom auf mehr Fließwege, wodurch die lokale Belastung entsprechend reduziert wird, das Eindringen von Schadstoffen in die Membranporen abnimmt und die Wahrscheinlichkeit einer Verstopfung der inneren Poren sinkt. In den Tests war der stationäre Permeationsfluss der Membran mit hoher Durchgangsporendichte mehr als dreimal so hoch wie der der Vergleichsmembran, während eine ähnliche Trenneistung erhalten blieb.

Dieses Ergebnis könnte Branchen betreffen, in denen die Filtrationsleistung aufgrund von Membranverschmutzung schnell abnimmt. Mögliche Anwendungen umfassen die Lebensmittelverarbeitung, Biotechnologie, Fermentation, chemische Industrie und Abwasserbehandlung. Die Studie zeigt außerdem, dass die Verteilung des Fluidstroms durch die innere Membranstruktur die Filtrationsleistung möglicherweise ebenso stark beeinflusst wie der mittlere Porendurchmesser. Die Dichte der Durchgangsporen und die Struktur der inneren Fließwege sollten daher als wichtige Membrandesignparameter betrachtet werden.

Für Membranhersteller bietet diese Aluminiumoxid-Technologie die Möglichkeit, differenzierte Keramikmembranprodukte mit höherem Mehrwert und verbesserten Filtrationseigenschaften zu entwickeln. Für Hersteller von Filtersystemen kann der erhöhte Permeationsfluss zu höherem Durchsatz, geringerer Reinigungsfrequenz und stabilerem Betrieb führen. Sumitomo Chemical gab an, die Entwicklung strukturkontrollierender Technologien auf Aluminiumoxidbasis weiter voranzutreiben, die Zusammenarbeit mit Herstellern von Membranen und Filtersystemen zu verstärken und Materiallösungen in Bereichen wie Lebensmittelverarbeitung, Fermentation, Biotechnologie, chemische Industrie und Abwasserbehandlung auszubauen.

Die Forschungsergebnisse wurden unter dem Titel „Role of through-pore density in governing filtration performance and fouling of α-alumina microfiltration membranes“ (Die Rolle der Durchgangsporendichte bei der Steuerung der Filtrationsleistung und Verschmutzung von α-Aluminiumoxid-Mikrofiltrationsmembranen) im Journal of Membrane Science Letters veröffentlicht. Autoren der Arbeit sind Hana Hosokawa, Tooru Kitagawa, Shuji Nakatsuka, Setsuaki Murakami und Hideto Matsuyama.