Wasserfiltration ist ein kontinuierlich wachsender Markt. Mit den jetzt vorliegenden Forschungsergebnissen haben Wissenschaftler aus Aachen und Bayreuth den Weg für ein neues Verfahren zur verlässlichen Wasserentkeimung geebnet, das gegenüber Filtern aus konventionellen Vliesstoffen aus Meltblown-Fasern eine bis zu 50-prozentige Kosteneinsparung bietet.
Dabei wurde durch supramolekulare Selbstorganisation niedermolekularer Bausteine (Cystinderivate, 1,3,5-Benzoltrisamide) zu Nanofasern ein einfaches Ausrüstungsverfahren zur kontrollierten Einstellung der Porosität von Filtermedien (Sand, Textilien) entwickelt. Mit nur 50 mg Benzoltrisamid lassen sich 25 g Sand zu einem leistungsfähigen Tiefenfiltermedium aufbauen, das Bakterien (E.coli) hocheffizient zwischen 99,9 und 100% zurückzuhält. Die Nanofasern haften sehr gut am Träger, was sich neben der Filtrationseffizienz in einem leicht erhöhten Differenzdruck äußert. Selbst bei einem Durchfluss von 750 l Wasser (Flussrate: 500 ml/min) bleibt der Druckverlust nahezu konstant und fällt erst durch mechanisches Zerstören der Nanofasern auf das Niveau der reinen Sandschüttung ab, die nicht zur Filtrationsleistung beiträgt. Dies zeigt, dass die Fasern unter Einsatzbedingungen stabil gegenüber Wasser sind.
Grund für die gute Haftung an den Träger ist das durch die Trägeroberfläche nukleierte Wachstum der supramolekularen Fasern. Größe und chemische Zusammensetzung der Trägeroberfläche beeinflussen deshalb Faserwachstum und -durchmesser, Belegungsdichte und Homogenität der Ausrüstung. Mit steigender Größe und Fähigkeit, über H-Brücken mit den Nanofaserbausteinen zu wechselwirken, nehmen Ausrüstungshomogenität und Belegungsdichte des Trägers mit Nanofasern zu. Durch Trägervorbehandlung mit Polyethylenimin (PEI) wird der Effekt gesteigert. Nanofasern aus N,N‘-Dibenzoylcystin (DBC) können zusätzlich thiophile Metallionen aus Wasser entfernen. Am Beispiel AgNO3 wurde für Sand gezeigt, dass auch die Effektivität durch die chemische Zusammen-setzung der Sandoberfläche bestimmt wird. Durch die PEI-Ausrüstung von Sand wird mit 95% eine hocheffiziente Abtrennung der Ag-Ionen erreicht, was auf höhere Trägerbeladung mit DBC zurückgeführt wird. Kontakt: Helga Thomas thomas@dwi.rwth-aachen.de 0241-80233-47