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NaA-Zeolith-Membranen für die Entwässerung organischer Lösemittel

Zur Trennung azeotroper Stoffgemische und zur Lösemitteltrocknung werden häufig Molsiebe aus NaA-Zeolith in der Druck- oder Temperatur-Wechseladsorption verwendet. Die Porengröße des NaA-Zeoliths von 0,41 nm und sein stark hydrophiler Charakter (Si/Al=1) sind die Basis für hohe Trennfaktoren.
Eine dichte Schicht dieses Zeoliths kann als Membran für die gleiche Trennung eingesetzt werden, wenn man an der Anströmseite die Adsorptions- und auf der Permeatseite die Desorptionsbedingungen einstellt. Strömt man im flüssigen Zustand an, so spricht man von der Pervaporation, im Fall eines dampfförmigen Feeds von der Dämpfepermeation.

Modell eines NaA-Zeolithkristalls mit einer Porengröße von 0,41 nm

Unsere Entwicklung

Im Interesse eines hohen Permeatflusses werden möglichst dünne Zeolithschichten auf einem porösen keramischen Träger als Membran verwendet. Dabei wird bevorzugt die Innenfläche von Rohren genutzt, die neben dem Schutz gegenüber mechanischer Beschädigung definierte Strömungsbedingungen und einfache Modulkonstruktionen ermöglicht.
Für die Herstellung der Membranschichten wird die Oberfläche der Trägerrohre zunächst mit nanokristallinen Zeolithkeimen beschichtet und getrocknet. In einem zweiten Schritt werden die bekeimten Rohre in eine Syntheselösung getaucht. Unter hydrothermalen Bedingungen verwachsen die Keimkristalle zu einer dichten Membranschicht.
NaA-Membranen können auf Einkanalrohren und Mehrkanalrohren einer Länge bis 600 mm hergestellt werden. Eine Maßstabserweiterung auf 1,20 m ist in Vorbereitung.

Bruch einer NaA-Zeolith-Membran (REM)

Anwendung

Mit NaA-Membranen können organische Lösemittel mit Hilfe der Pervaporation oder Dämpfepermeation entwässert werden. So gelingt es z.B. Bioethanol auf Wassergehalte < 0,2 Ma% zu trocknen, um ihn als Kraftstoffzusatz zu verwenden. Dabei wird nahezu reines Wasser abgezogen (ca. 99 Ma% H2O im Permeat).


Pervaporation eines Ethanol/Wasser-Gemisches bei 120°C		Dämpfepermeation eines Ethanol/Wasser-Gemisches bei 125°C

Die hohe Trennschärfe der Membran ist unabhängig von der Feedkonzentration. Maximale Trennfaktoren liegen bei 10000. In der Pervaporation bei 120 °C werden unter Verwendung von 85 %igen Feed Permeatflüsse bis zu 13 kg/(m²h) erreicht.
Die Dämpfepermeation bietet sich an, wenn das zu trennende Feedgemisch bereits dampfförmig vorliegt. Es kann somit ohne eine vorherige Kondensation direkt der Membran aufgegeben werden. Im Vergleich zur Pervaporation zeigen sich vergleichbare Trennleistungen. Bei der Entwässerung von Ethanol bei 120 °C werden unter Verwendung von 85 %igen Feed Permeatflüsse von ca. 14 kg/(m²h) erreicht.

Unser Angebot

Auf dem Gebiet der NaA-Zeolithmembranen bieten wir folgende Leistungen an:

Untersuchung kundenspezifischer Proben auf unseren Labor- und Technikumsanlagen
Lieferung von Membranmustern für Laborerprobung und Pilotierung
Lieferung von Membranen und Membranmodulen im technischen Maßstab