[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki15\/2020\/11\/28\/membrantechnologie-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki15\/2020\/11\/28\/membrantechnologie-wikipedia\/","headline":"Membrantechnologie – Wikipedia","name":"Membrantechnologie – Wikipedia","description":"before-content-x4 Membrantechnologie deckt alle technischen Ans\u00e4tze f\u00fcr den Transport von Substanzen zwischen zwei Fraktionen mit Hilfe von durchl\u00e4ssigen Membranen ab.","datePublished":"2020-11-28","dateModified":"2020-11-28","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki15\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki15\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/b\/ba\/Waldsassen_Ultrafiltration.JPG\/220px-Waldsassen_Ultrafiltration.JPG","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/b\/ba\/Waldsassen_Ultrafiltration.JPG\/220px-Waldsassen_Ultrafiltration.JPG","height":"165","width":"220"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki15\/2020\/11\/28\/membrantechnologie-wikipedia\/","wordCount":5370,"articleBody":"     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});before-content-x4Membrantechnologie deckt alle technischen Ans\u00e4tze f\u00fcr den Transport von Substanzen zwischen zwei Fraktionen mit Hilfe von durchl\u00e4ssigen Membranen ab.  Im Allgemeinen verwenden mechanische Trennverfahren zum Trennen von Gas- oder Fl\u00fcssigkeitsstr\u00f6men die Membrantechnologie.       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Table of ContentsAnwendungen[edit]Massentransfer[edit]L\u00f6sungsdiffusionsmodell[edit]Hydrodynamisches Modell[edit]Membranoperationen[edit]Membranformen und Str\u00f6mungsgeometrien[edit]Membranleistung und ma\u00dfgebliche Gleichungen[edit]Membrantrennverfahren[edit]Porengr\u00f6\u00dfe und Selektivit\u00e4t[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Anwendungen[edit]  Ultrafiltration f\u00fcr ein Schwimmbad  Membrantrennverfahren arbeiten ohne Erw\u00e4rmung und verbrauchen daher weniger Energie als herk\u00f6mmliche thermische Trennverfahren wie Destillation, Sublimation oder Kristallisation.  Der Trennungsprozess ist rein physikalisch und beide Fraktionen (Permeat und Retentat) k\u00f6nnen verwendet werden.  Die Kalttrennung mittels Membrantechnologie ist in der Lebensmitteltechnologie, Biotechnologie und Pharmaindustrie weit verbreitet.  Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glicht die Verwendung von Membranen Trennungen, die mit thermischen Trennverfahren nicht m\u00f6glich w\u00e4ren.  Beispielsweise ist es unm\u00f6glich, die Bestandteile von azeotropen Fl\u00fcssigkeiten oder gel\u00f6sten Stoffen, die isomorphe Kristalle bilden, durch Destillation oder Rekristallisation zu trennen, aber solche Trennungen k\u00f6nnen unter Verwendung der Membrantechnologie erreicht werden.  Je nach Membrantyp ist die selektive Trennung bestimmter Einzelsubstanzen oder Stoffgemische m\u00f6glich.  Wichtige technische Anwendungen sind die Herstellung von Trinkwasser durch Umkehrosmose (weltweit ca. 7 Millionen Kubikmeter pro Jahr), Filtrationen in der Lebensmittelindustrie, die R\u00fcckgewinnung organischer D\u00e4mpfe wie die R\u00fcckgewinnung petrochemischer D\u00e4mpfe und die Elektrolyse zur Chlorherstellung.       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4In der Abwasserbehandlung gewinnt die Membrantechnologie zunehmend an Bedeutung.  Mit Hilfe der Ultra- \/ Mikrofiltration k\u00f6nnen Partikel, Kolloide und Makromolek\u00fcle entfernt werden, so dass das Abwasser auf diese Weise desinfiziert werden kann.  Dies ist erforderlich, wenn Abwasser in empfindliche Gew\u00e4sser eingeleitet wird, insbesondere in Gew\u00e4sser, die f\u00fcr Kontaktwassersport und Erholung bestimmt sind.Etwa die H\u00e4lfte des Marktes entf\u00e4llt auf medizinische Anwendungen wie die Verwendung in k\u00fcnstlichen Nieren zur Entfernung toxischer Substanzen durch H\u00e4modialyse und als k\u00fcnstliche Lunge zur blasenfreien Zufuhr von Sauerstoff im Blut.Die Bedeutung der Membrantechnologie im Bereich des Umweltschutzes (NanoMemPro IPPC Database) nimmt zu.  Auch in modernen Energier\u00fcckgewinnungstechniken werden zunehmend Membranen eingesetzt, beispielsweise in Brennstoffzellen und in osmotischen Kraftwerken.Massentransfer[edit]F\u00fcr den Stoff\u00fcbergang durch die Membran k\u00f6nnen zwei Grundmodelle unterschieden werden:       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4das L\u00f6sungsdiffusionsmodell unddas hydrodynamisches Modell.In realen Membranen treten diese beiden Transportmechanismen sicherlich nebeneinander auf, insbesondere w\u00e4hrend der Ultrafiltration.L\u00f6sungsdiffusionsmodell[edit]Im L\u00f6sungsdiffusionsmodell erfolgt der Transport nur durch Diffusion.  Die zu transportierende Komponente muss zun\u00e4chst in der Membran gel\u00f6st werden.  Der allgemeine Ansatz des L\u00f6sungsdiffusionsmodells besteht darin, anzunehmen, dass das chemische Potential der Beschickungs- und Permeatfl\u00fcssigkeiten im Gleichgewicht mit den benachbarten Membranoberfl\u00e4chen ist, so dass geeignete Ausdr\u00fccke f\u00fcr das chemische Potential in der Fl\u00fcssigkeits- und Membranphase an der L\u00f6sung gleichgesetzt werden k\u00f6nnen -Membranschnittstelle.  Dieses Prinzip ist wichtiger f\u00fcr dicht Membranen ohne nat\u00fcrliche Poren wie sie f\u00fcr die Umkehrosmose und in Brennstoffzellen verwendet werden.  W\u00e4hrend des Filtrationsprozesses bildet sich eine Grenzschicht auf der Membran.  Dieser Konzentrationsgradient wird durch Molek\u00fcle erzeugt, die die Membran nicht passieren k\u00f6nnen.  Der Effekt wird als Konzentrationspolarisation bezeichnet und f\u00fchrt w\u00e4hrend der Filtration zu einem verringerten Transmembranfluss (Fluss).  Die Konzentrationspolarisation ist im Prinzip durch Reinigen der Membran reversibel, was dazu f\u00fchrt, dass der anf\u00e4ngliche Fluss fast vollst\u00e4ndig wiederhergestellt wird.  Die Verwendung eines Tangentialflusses zur Membran (Querstromfiltration) kann auch die Konzentrationspolarisation minimieren.Hydrodynamisches Modell[edit]Der Transport durch die Poren erfolgt – im einfachsten Fall – konvektiv.  Dies erfordert, dass die Gr\u00f6\u00dfe der Poren kleiner als der Durchmesser der beiden getrennten Komponenten ist.  Membranen, die nach diesem Prinzip funktionieren, werden haupts\u00e4chlich in der Mikro- und Ultrafiltration eingesetzt.  Sie werden verwendet, um Makromolek\u00fcle von L\u00f6sungen, Kolloide aus einer Dispersion abzutrennen oder Bakterien zu entfernen.  W\u00e4hrend dieses Prozesses bilden die zur\u00fcckgehaltenen Partikel oder Molek\u00fcle eine breiige Masse (Filterkuchen) auf der Membran, und diese Blockierung der Membran behindert die Filtration.  Diese Verstopfung kann durch die Verwendung der Querstrommethode (Querstromfiltration) verringert werden.  Hier flie\u00dft die zu filternde Fl\u00fcssigkeit entlang der Vorderseite der Membran und wird durch die Druckdifferenz zwischen Vorder- und R\u00fcckseite der Membran in Retentat (das flie\u00dfende Konzentrat) auf der Vorderseite und Permeat (Filtrat) auf der R\u00fcckseite getrennt.  Die tangentiale Str\u00f6mung auf der Vorderseite erzeugt eine Scherbeanspruchung, die den Filterkuchen rei\u00dft und die Verschmutzung verringert.Membranoperationen[edit]Anhand der treibenden Kraft der Operation kann unterschieden werden:Druckbetriebene OperationenKonzentrationsgetriebene OperationenOperationen in einem elektrischen PotentialgradientenOperationen in einem TemperaturgradientenMembranformen und Str\u00f6mungsgeometrien[edit]    Es gibt zwei Hauptstr\u00f6mungskonfigurationen von Membranprozessen: Querstr\u00f6mung (oder Tangentialstr\u00f6mung) und Sackgassenfiltrationen.  Bei der Querstromfiltration ist der Zufuhrstrom tangential zur Oberfl\u00e4che der Membran, das Retentat wird von derselben Seite weiter stromabw\u00e4rts entfernt, w\u00e4hrend der Permeatfluss auf der anderen Seite verfolgt wird.  Bei der Sackgassenfiltration ist die Richtung des Fl\u00fcssigkeitsstroms normal zur Membranoberfl\u00e4che.  Beide Str\u00f6mungsgeometrien bieten einige Vor- und Nachteile.  Im Allgemeinen wird die Sackgasse-Filtration f\u00fcr Machbarkeitsstudien im Laborma\u00dfstab verwendet.  Die Sackgassenmembranen sind relativ einfach herzustellen, was die Kosten des Trennprozesses reduziert.  Das Dead-End-Membrantrennverfahren ist einfach zu implementieren und das Verfahren ist normalerweise billiger als die Cross-Flow-Membranfiltration.  Der Sackgassenfiltrationsprozess ist normalerweise ein diskontinuierlicher Prozess, bei dem die Filterl\u00f6sung in die Membranvorrichtung geladen (oder langsam eingespeist) wird, wodurch dann einige Partikel durchgelassen werden k\u00f6nnen, die der treibenden Kraft ausgesetzt sind.  Der Hauptnachteil einer Sackgasse-Filtration ist die ausgedehnte Membranverschmutzung und Konzentrationspolarisation.  Das Fouling wird normalerweise bei h\u00f6heren Antriebskr\u00e4ften schneller induziert.  Membranverschmutzung und Partikelretention in einer Beschickungsl\u00f6sung bauen auch Konzentrationsgradienten und Partikelr\u00fcckfluss (Konzentrationspolarisation) auf.  Die Tangentialstr\u00f6mungsvorrichtungen sind kostenintensiver und arbeitsintensiver, aber sie sind aufgrund der Kehreffekte und der hohen Schergeschwindigkeiten der vorbeiziehenden Str\u00f6mung weniger anf\u00e4llig f\u00fcr Verschmutzung.  Die am h\u00e4ufigsten verwendeten synthetischen Membranvorrichtungen (Module) sind flache Platten, Spiralwunden und Hohlfasern.Flache Platten werden normalerweise als kreisf\u00f6rmige d\u00fcnne flache Membranoberfl\u00e4chen konstruiert, die in Modulen mit Sackgassengeometrie verwendet werden.  Spiralwunden bestehen aus \u00e4hnlichen flachen Membranen, jedoch in Form einer “Tasche”, die zwei Membranfolien enth\u00e4lt, die durch eine hochpor\u00f6se Tr\u00e4gerplatte getrennt sind.[1]  Mehrere solcher Taschen werden dann um ein Rohr gewickelt, um eine tangentiale Str\u00f6mungsgeometrie zu erzeugen und die Membranverschmutzung zu verringern.  Hohlfasermodule bestehen aus einer Anordnung selbsttragender Fasern mit dichten Hauttrennschichten und einer offeneren Matrix, die Druckgradienten standh\u00e4lt und die strukturelle Integrit\u00e4t aufrechterh\u00e4lt.[1]  Die Hohlfasermodule k\u00f6nnen bis zu 10.000 Fasern mit einem Durchmesser von 200 bis 2500 \u03bcm enthalten.  Der Hauptvorteil von Hohlfasermodulen ist die sehr gro\u00dfe Oberfl\u00e4che innerhalb eines geschlossenen Volumens, wodurch die Effizienz des Trennprozesses erh\u00f6ht wird.  Spiral gewickeltes MembranmodulHohlfasermembranmodulTrennung von Luft in Sauerstoff und Stickstoff durch eine MembranDas Scheibenrohrmodul verwendet eine Querstromgeometrie und besteht aus einem Druckrohr und Hydraulikscheiben, die von einer zentralen Zugstange gehalten werden, sowie Membrankissen, die zwischen zwei Scheiben liegen.[2]Membranleistung und ma\u00dfgebliche Gleichungen[edit]Die Auswahl synthetischer Membranen f\u00fcr einen gezielten Trennungsprozess basiert in der Regel auf wenigen Anforderungen.  Membranen m\u00fcssen gen\u00fcgend Stoff\u00fcbergangsfl\u00e4che bereitstellen, um gro\u00dfe Mengen an Beschickungsstrom zu verarbeiten.  Die ausgew\u00e4hlte Membran muss eine hohe Selektivit\u00e4t aufweisen (Ablehnung) Eigenschaften f\u00fcr bestimmte Partikel;  es muss Verschmutzungen widerstehen und eine hohe mechanische Stabilit\u00e4t aufweisen.  Es muss auch reproduzierbar sein und niedrige Herstellungskosten haben.  Die Hauptmodellierungsgleichung f\u00fcr die Sackgassenfiltration bei konstantem Druckabfall wird durch das Darcysche Gesetz dargestellt:[1]dV.pdt=Q.=\u0394p\u03bc EIN((1R.m+R.){ displaystyle { frac {dV_ {p}} {dt}} = Q = { frac { Delta p} { mu}}  A  left ({ frac {1} {R_ {m} + R. }}richtig)}wo V.p und Q sind das Volumen des Permeats bzw. sein Volumenstrom (proportional zu den gleichen Eigenschaften des Zufuhrstroms), \u03bc ist die dynamische Viskosit\u00e4t des durchdringenden Fluids, A ist die Membranfl\u00e4che, R.m und R sind die jeweiligen Widerst\u00e4nde der Membran und der wachsenden Ablagerung der Foulants.  R.m kann als Membranwiderstand gegen die L\u00f6sungsmittelpermeation (Wasserpermeation) interpretiert werden.  Dieser Widerstand ist eine intrinsische Eigenschaft der Membran und es wird erwartet, dass er ziemlich konstant und unabh\u00e4ngig von der treibenden Kraft \u0394p ist.  R h\u00e4ngt mit der Art des Membranfoulants, seiner Konzentration in der Filterl\u00f6sung und der Art der Foulant-Membran-Wechselwirkungen zusammen.  Darcys Gesetz erlaubt die Berechnung der Membranfl\u00e4che f\u00fcr eine gezielte Trennung unter gegebenen Bedingungen.  Der Siebkoeffizient f\u00fcr gel\u00f6ste Stoffe wird durch die folgende Gleichung definiert:[1]S.=C.pC.f{ displaystyle S = { frac {C_ {p}} {C_ {f}}}}wo Cf und Cp sind die Konzentrationen der gel\u00f6sten Stoffe im Futter bzw. im Permeat.  Die hydraulische Permeabilit\u00e4t ist als Umkehrung des Widerstands definiert und wird durch die folgende Gleichung dargestellt:[1]L.p=J.\u0394p{ displaystyle L_ {p} = { frac {J} { Delta p}}}wobei J der Permeatfluss ist, der der Volumenstrom pro Einheit der Membranfl\u00e4che ist.  Der Siebkoeffizient f\u00fcr gel\u00f6ste Stoffe und die hydraulische Permeabilit\u00e4t erm\u00f6glichen eine schnelle Beurteilung der Leistung der synthetischen Membran.Membrantrennverfahren[edit]Membrantrennverfahren spielen in der Trennindustrie eine sehr wichtige Rolle.  Trotzdem wurden sie erst Mitte der 1970er Jahre als technisch wichtig angesehen.  Membrantrennprozesse unterscheiden sich aufgrund der Trennmechanismen und der Gr\u00f6\u00dfe der getrennten Partikel.  Die weit verbreiteten Membranverfahren umfassen Mikrofiltration, Ultrafiltration, Nanofiltration, Umkehrosmose, Elektrolyse, Dialyse, Elektrodialyse, Gastrennung, Dampfpermeation, Pervaporation, Membrandestillation und Membrankontaktoren.[3]  Alle Prozesse au\u00dfer der Pervaporation beinhalten keine Phasen\u00e4nderung.  Alle Prozesse au\u00dfer (Elektro-) Dialyse sind druckgetrieben.  Mikrofiltration und Ultrafiltration werden h\u00e4ufig in der Lebensmittel- und Getr\u00e4nkeverarbeitung (Biermikrofiltration, Apfelsaft-Ultrafiltration), in biotechnologischen Anwendungen und in der pharmazeutischen Industrie (Antibiotikaproduktion, Proteinreinigung), Wasserreinigung und Abwasserbehandlung, in der Mikroelektronikindustrie und in anderen Bereichen eingesetzt.  Nanofiltrations- und Umkehrosmosemembranen werden haupts\u00e4chlich zur Wasserreinigung eingesetzt.  Dichte Membranen werden zur Gastrennung (Entfernung von CO) verwendet2 von Erdgas, N trennend2 aus Luft, Entfernung organischer D\u00e4mpfe aus Luft oder einem Stickstoffstrom) und manchmal bei der Membrandestillation.  Das sp\u00e4tere Verfahren hilft bei der Trennung von azeotropen Zusammensetzungen und reduziert die Kosten von Destillationsprozessen.  Bereiche membranbasierter TrennungenPorengr\u00f6\u00dfe und Selektivit\u00e4t[edit]  Die Porenverteilung einer fiktiven Ultrafiltrationsmembran mit der nominalen Porengr\u00f6\u00dfe und dem D.90Die Porengr\u00f6\u00dfen technischer Membranen sind je nach Hersteller unterschiedlich angegeben.  Eine gemeinsame Unterscheidung ist durch nominelle Porengr\u00f6\u00dfe.  Es beschreibt die maximale Porengr\u00f6\u00dfenverteilung[4]  und gibt nur vage Informationen \u00fcber das R\u00fcckhalteverm\u00f6gen einer Membran.  Die Ausschlussgrenze oder “Abschaltung” der Membran wird \u00fcblicherweise in Form von angegeben NMWC (nominaler Molekulargewichtsgrenzwert oder MWCO, Molekulargewicht abgeschnitten, mit Einheiten in Dalton).  Es ist definiert als das minimale Molekulargewicht eines globul\u00e4ren Molek\u00fcls, das von der Membran zu 90% zur\u00fcckgehalten wird.  Der Cut-Off kann je nach Methode in sogenannte umgerechnet werden D.90, die dann in einer metrischen Einheit ausgedr\u00fcckt wird.  In der Praxis sollte der MWCO der Membran mindestens 20% niedriger sein als das Molekulargewicht des zu trennenden Molek\u00fcls.Verwendung von spurge\u00e4tzten Glimmermembranen[5]  Beck und Schultz[6]  zeigten, dass die behinderte Diffusion von Molek\u00fclen in Poren vom Renkin beschrieben werden kann[7]  Gleichung.Filtermembranen werden nach Porengr\u00f6\u00dfe in vier Klassen eingeteilt:Porengr\u00f6\u00dfeMolekulare MasseProzessFiltrationEntfernung von> 10 “Klassischer” Filter> 0,1 \u03bcm> 5000 kDaMikrofiltration     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki15\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki15\/2020\/11\/28\/membrantechnologie-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Membrantechnologie – Wikipedia"}}]}]