Nanostrukturierte Membrane | Dr. Marie Alix Pizzoccaro-Zilamy

Hybride 2D-basierte MOFs und Zeolithmembranen

Zweidimensionale metallorganische Rahmen (MOFs) oder Zeolithe haben genau definierte Poren, die nur bestimmte Gase durch ihre weniger als einen Nanometer dicken Schichten durchlassen. Wir schauen uns gerade die MOFs Zn2bim4 und den Zeolith JDF-1 an, weil sie vielversprechend für die H2-Trennung sind. Unsere Arbeit umfasst die Synthese von Pulvern, die Verarbeitung zu Nanoblättern und die Charakterisierung. Hochreine Zn2bim4-Pulver werden ohne Druckbehälter und harmlose Lösungsmittel hergestellt. Um MOFs und Zeolithmembranen zu entwickeln, wird der sekundäre Wachstumsansatz verwendet, der eine kontrollierte Samenmorphologie und Reinheit erfordert. Nanoblattbasierte Membranen werden durch chemische Exfoliation des Materials und Beschichtung der Dispersion hergestellt. Um robuste Membranen herzustellen, haben wir organophosphonsäurebasierte funktionalisierte poröse keramische Träger verwendet, um die Anhaftung des Membranmaterials zu begünstigen. Um die Defekte zu beheben, werden kontrollierte Polymerisation und Click-Chemie eingesetzt, um kleine Einheiten des Polymernetzes ausgehend von der Membranoberfläche zu synthetisieren. Es werden Gasleistungsmessungen unter verschiedenen Druckgradienten durchgeführt. Die Stabilität der Membranmaterialien wird auch unter feuchten Bedingungen untersucht. Aufgrund der Neuartigkeit dieser Materialien wird auch ihr Langzeitverhalten unter rauen Bedingungen untersucht.

Organofunktionalisierte poröse Keramikmembranen

Die Oberflächenmodifizierung poröser keramischer Membranen durch kovalente Bindung von Molekülen, kurzen Polymerketten oder polymeren Netzwerken bietet die Möglichkeit, Hybridsysteme mit kontrollierbaren Porenoberflächeneigenschaften herzustellen. Das ist besonders interessant für Anwendungen, bei denen die Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel, gelöster Substanz und Membran die Trennleistung der Membran bestimmen. Beispiele hierfür sind die Nanofiltration organischer Lösungsmittel, bei der günstige Wechselwirkungen zwischen dem organischen Lösungsmittel und den mit Nanofiltration gepfropften keramischen Membranen erwünscht sind, um eine hohe Trennleistung zu erzielen. Unsere aktuelle Arbeit konzentriert sich auf die Aufpfropfung von organischen Phosphonsäuremolekülen oder Oligomeren, um hochstabile Phosphor-Sauerstoff-Metall-Bindungen mit der Keramikmembranoberfläche zu bilden. Wir entwickeln einfache Oberflächenpfropfverfahren, um gepfropfte Keramikmembranen mit Porendurchmessern von 2 bis 400 nm herzustellen. Unsere Membranen halten anspruchsvollen Betriebsbedingungen in den Bereichen Entsalzung, Nanofiltration organischer Lösungsmittel/lösungsmittelbeständige Nanofiltration und Membrankristallisation stand.

Reaktive keramische Membranen

Keramische Membranen werden wegen ihrer hohen chemischen und thermischen Stabilität immer beliebter in der Wasseraufbereitung, Wasserwiederverwendung und -rückgewinnung. Eine der größten Herausforderungen ist, Verschmutzungen während des Betriebs zu vermeiden, die eine Rückspülung und alkalisch-chemische Reinigung der Membran erfordern würden. Reaktive keramische Membranen, die fortschrittliche Oxidationsprozesse integrieren, können dieses Problem lösen. Diese Art von Membranen basiert auf einer Kombination aus physikalischer und chemischer Trennung und hat vielversprechende Eigenschaften hinsichtlich Verschmutzungsfreiheit und chemischem Abbau gezeigt. In unserem Team haben wir photokatalytische und elektrochemisch-reaktive Membranen aus Metalloxiden auf Titanbasis und Graphenoxidderivaten entwickelt. Wir nutzen unser Know-how in der Herstellung von keramischen Membranen, um die Mikrostruktur zu kontrollieren und den Einfluss auf die Membranleistung zu untersuchen.