Vorlesung 11: Membranen - Produkte und Verfahren Flashcards
Wie funktioniert eine Proton-Exchange-Membrane-(PEM)-Elektrolyse?
Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mittels elektrischen Stroms
Kationen-/Protonenaustauschmembran zum Transport von H+ , elektrischen Isolierung und Trennung von H2 und O2
Membran: fluorierte Polymere (z.B. Nafion)
- Problem: fluorbasierte Polymer (PFAS)
- Forschung in Richtung Kohlenwasserstoff- basierte Membranen
Wie funktionieren Ionenaustauschmembranen (IEMs)? Nenne Anwendungsbeispiele.
IEMs sind monopolar und selektiv für positiv oder negativ geladene Ionen
Bestehen aus Polymermatrix (z.B. Polystyrol) mit funktionalisierten Gruppen
- CEM: funktionalisiert durch z.B. Sulfon- oder Phosphorsäure Gruppen
- AEM: funktionalisiert durch z.B. quartäre Ammoniumverbindungen
Anwendungsbeispiele: Elektrodialyse, Brennstoffzellen, Abwasserbehandlung
Welche verschiedenen Arten von Ionenaustauschmembranen gibt es? Und wo werden sie angewendet?
- CEL: Cation Exchange Layer
- AEL: Anion Exchange Layer
- IL: Interface Layer:
- Überschneidung von CEL und AEL Oft mit reaktionsspezifischem Katalysator ausgestattet
- Wasser wird in der IL in OH- und H+ gespalten
- Reaktionsbedingungen auf beiden Seiten separat einstellbar
- Problem: Wasser wird durch Ionentranspor (Stromstärke) aus der Membran gezogen
→ Membran läuft trocken und nimmt Schaden
- Anwendungsbeispiele: Wasserspaltung, Säure-Base-Produktion, CO2-Elektrolyse
Zu zwei miteinander mischbaren Komponenten wird eine dritte Komponente hinzugegeben, mit der die ersten beiden Komponenten nur bedingt mischbar sind. Wie heißt die Linie im ternären Phasendiagramm, ab der bei Erhöhung des Anteils von Komponente drei zwangsläufig eine Phasentrennung stattfinden muss?
Spinodale
Membranmaterialien werden unter anderem nach ihrem Ursprung unterschieden. Der Ursprung ist entweder syntethisch oder
biologisch
Was versteht man unter den Begriffen Hämodialyse und Blutoxygenator?
Die Hämodialyse ist ein Blutreinigungsverfahren, das bei Niereninsuffizienz zum Einsatz kommt.
Ein Blutoxygenator ist ein medizintechnisches Produkt, das Blut mit Sauerstoff anreichert und Kohlenstoffdioxid aus dem Blut entfernt.
Was bedeutet permeabel?
durchlässig
Was sind Membranen? In welche Kategoreien werden diese klassifiziert?
Membranen sind semi-permeabel und fungieren so als selektive Barriere zwischen zwei verschiedenen Phasen.
Sie können nach ihrem Ursprung unterteilt werden in biologische und synthetische Membranen. Letztere haben entweder eine feste oder eine flüssige Konsistenz. Die festen Membranen bestehen entweder aus organischem oder anorganischem Material.
Wie bezeichnet man den allgemeinen Herstellungsprozess von Membranen? Erläutere aus thermodynamischer Sicht diesen.
Membranen werden durch Phaseninversion hergestellt.
Dabei kommen zwei Lösungen zum Einsatz. Die Polymerlösung enthält gelöstes Polymer in einem geeigneten Lösungsmittel. Sobald diese mit dem Nicht-Lösungsmittel in Kontakt kommt, nähert sich die Zusammensetzung der Polymerlösung der Binodalen im ternären Phasendiagramm.
Wird ein gewisser Anteil an Nicht-Lösungsmittel überschritten, teilt sich die Polymerlösung in eine polymerreiche Phase und eine “Nicht-Lösungsmittel-Phase” auf. Die ausgefallene Polymerphase ist dann die Membran. Die andere Phase wird ausgewaschen und stellt damit das Porenvolumen dar.
Indem das Verhältnis der drei beteiligten Phasen verändert wird, lassen sich die finalen Membraneigenschaften gezielt einstellen.
Welche Transportmodelle existieren für Membranen?
Lösungs-Diffusions-Membranen sind dichte Membranen. Der Stofftransport durch die Membran efolgt durch Diffusion.
Bei Porenmembranen erfolgt der Stofftransport durch die Poren in der Membran. Damit erfolgt der Stofftransport hier auch konvektiv.
Nenne die in der Vorlesung vorgestellten Membranverfahren.
Mikrofiltration
Ultrafiltration
Nanofiltration
Umkehrosmose
Gaspermeation
Pervaporation
Elektrodialyse
Membrankontaktoren
Membranreaktoren
Welche 5 Anforderungen stellt das Blut an medizintechnische Anwendungen?
Der Anteil des extrakorporalen Blutvolumens sollte immer so gering wie möglich gehalten werden.
Die auftretenden Scherkräfte sowie der Druckverlust dürfen nicht zu hoch sein, um eine Schädigung der Blutkomponenten zu verhindern.
Des Weiteren dürfen zur Vorbeugung von Embolien keine Gasblasen ins Blut gelangen.
Zudem sollte der Blutkontakt nur mit biologisch verträglichen Materialien erfolgen und so kurz wie möglich sein, um eine Gerinnung, Abwehrreaktionen oder Thrombosen zu verhindern.
Zu guter Letzt ist auch der Temperaturbereich des Bluts relativ eng.
Was versteht man unter dem Begriff Modul in der Membrantechnik?
Ein Modul ist eine geschlossene Ansammlung von Membranen.
