Über einen neuartigen Weg zur Entwicklung von Anionenaustauschermembranen auf der Basis einer neuen Art von Kunststoff (Saloplast) berichteten unlängst die Wissenschaftler Ameya Krishna B, Dr. Saskia Lindhoud und Prof. Dr. Wiebe de Vos von der Universität Twente in Enschede. Die Forscher berichteten, dass ihre Technik verwendet werden kann, um Membranen herzustellen, die unter extremen Bedingungen wie einem sehr hohen oder niedrigen pH-Wert stabil bleiben, was sie für den Einsatz in Brennstoffzellen oder auch zur Entsalzung von Wasser geeignet macht. Bei der Meerwasser- oder Brackwasserentsalzung ermöglicht die Technik der Ionenaustauschermembran, dass die Ionen aus wässrigem Salz durch sie hindurchfließen, während das Wasser blockiert wird.
Das Verfahren zur Herstellung dieser Membranen ist oft schwierig und teuer, während die resultierenden Membranen in extremen Umgebungen mit entweder einem sehr hohen oder einem sehr niedrigen pH-Wert oft nicht stabil sind. Die Niederländischen Forscher fanden nun eine Technik, mit der die Probleme der kommerziell verwendeten ionenausgetauschten Membranen durch die Herstellung eines sogenannten Saloplastiks überwunden werden können. „Beim Mischen bestimmter positiv und negativ geladener Polymere in Wasser konnten wir bereits einen Polyelektrolytkomplex (PEC) erzeugen, der am besten als mozzarellaähnliche Kunststoffkugel beschrieben werden kann“, sagt Prof. Wiebe M. de Vos.
„Das Hauptproblem bestand darin, diesen Komplex einfach zu einer verwendbaren Membran zu verarbeiten“, fügt Ameya Krishna B
hinzu. Nach der Erforschung mehrerer Techniken stellten die Forscher fest, dass das Heißpressen das höchste Potenzial aufweist. Bei diesem Vorgang wird der PEC in eine Form gegeben, um in eine Heißpresse eingesetzt zu werden. Die Presse schließt zunächst ohne zusätzlichen Druck und erwärmt sich auf eine Temperatur von achtzig Grad Celsius. Nach etwa zwanzig Minuten, wenn das Material die eingestellte Temperatur erreicht, übt die Heißpresse einen hohen Druck von zweihundert bar aus. Ähnlich wie der Druck unter Wasser in einer Tiefe von rund zwei Kilometern. Der PEC bleibt fünf Minuten unter diesen Bedingungen, wonach das Material auf 25 Grad Celsius abgekühlt wird. „Der gesamte Vorgang dauert ungefähr eine Stunde, was im Vergleich zu anderen verwendeten Techniken, die bis zu mehreren Tagen dauern können, weitaus weniger ist“, erklärt Lindhoud. Das Endprodukt ist eine dichte und transparente Folie.
„Unser Kunststoff ist robust und flexibel und bis auf den Nanometerbereich vollständig dicht“, sagt Bysani. Darüber hinaus ist der Ansatz vollständig skalierbar und bietet eine hervorragende Kontrolle über Größe, Dicke und Struktur der Membran. Die Membran hat neben der Entsalzung viele mögliche Anwendungen. Die Stabilität bei sehr hohen und niedrigen pH-Werten ermöglicht die Verwendung des Materials in Brennstoffzellen. Neben dem relativ einfachen Herstellungsprozess, der nicht auf organischen Lösungsmitteln beruht, ist das Material auch selbstheilend, wenn es Salzwasser zugesetzt wird, was es möglicherweise zur nachhaltigen Membran der Zukunft macht.