Antifouling-Funktionalisierung von Kompositmembranen zur Reversosmose durch Plasmaprozesse und radikalische Polymerisation
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| Veröffentlicht: |
Halle (Saale)
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Juni 2015
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Inhaltsverzeichnis
1 Motivation und Zielstellung 1
2 Stand der Forschung und Technik 4
2 1 Reversosmose zur Wasserentsalzung 4
2 2 Membranfouling 7
221 Foulingarten 7
222 Biofilmbildung und deren Auswirkungen auf Membranprozesse 8
223 Verfahrenstechnische Maßnahmen zur Bekämpfung von Biofouling 10
2 3 Materialbezogene Konzepte zur Verhinderung des Membranfoulings 11
231 Allgemeine Oberflächen-Wechselwirkungen 11
232 Ableitung materialbasierter Antifoulingkonzepte und Modifizierung in-
dustrieller RO-Membranen 14
233 Konzept einer mehrstufigen Antifouling-Modifizierung 20
2 4 Plasmachemische Oberflächenmodifizierung 21
241 Dielektrische Barriereentladung (DBE) 21
242 Plasmagesteuerte Oberflächenbromierung 21
2 5 Radikalische Polymerisation mit Atomtransfer (ATRP) 22
251 Grundlagen des Reaktionsmechanismus 22
252 Reaktionsparameter 25
3 Material und Methoden 28
3 1 Substrate 28
311 Thin film composite (TFC)-Membranen für die Reversosmose 28
312 Aromatisches Polyamid auf Modellsubstraten 29
3 2 Oberflächenmodifizierung 32
321 Oberflächenaktivierung 33
322 Initiatorimmobilisierung 33
323 Radikalische Polymerisation durch Atomtransfer (ATRP) 35
3 3 Schichtcharakterisierung 37
331 Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) 37
I
INHALTSVERZEICHNIS
332 Quarzkristall-Mikrowägung (QCM) 40
333 Kontaktwinkelbestimmung 42
3 4 Biofoulingversuche 43
3 5 Bestimmung der Membranperformance 48
4 Ergebnisse 50
4 1 Synthese und Charakterisierung von Polyamid-Modellsubstraten 51
4 2 Oberflächenfunktionalisierung von TFC-Membranen 54
421 Oberflächenaktivierung 54
422 Initiatorabscheidung 56
4 3 Oberflächeninitiierte ATRP und Schichtcharakterisierung 67
431 Polymerisation auf TFC-Membranen 67
432 Schichtstabilität 74
433 Impedanzspektrometrische Bewertung anhand von Modellsubstraten 75
434 Kontaktwinkel 79
4 4 Mikrobielles Biofouling auf Membranen 81
4 5 Bewertung der Performance modifizierter TFC-Membranen 88
5 Diskussion 90
5 1 Technische Aspekte der Plasma- und nasschemischen Modifizierungen 90
5 2 Bewertung der Beschichtungsqualität 94
5 3 Einfluss der Beschichtungen auf die Membranperformance 98
5 4 Antifoulingwirkung der Beschichtungen 99
5 5 Einordnung der Betriebseffizienz beschichteter RO-Membranen 101
6 Zusammenfassung und Ausblick 105
Literatur 109
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