WERKSTOFFE
Die Ladung macht den Unterschied
Membran separiert organische Moleküle
«Classic Blue» ist die Trendfarbe des Jahres. Längst hat die Textilindustrie ihre Färbestrecken darauf eingestellt. Um zu verhindern, dass Farbstoffrückstände im Abwasser landen, bietet die Membrantechnologie eine umweltfreundliche Möglichkeit, Schadstoffe sicher zu entfernen. Zhenzhen Zhang, Doktorandin am HZG-Institut für Polymerforschung, hat eine neue Polymermembran entwickelt, die vielversprechend für die Abwasserreinigung sein könnte: Eine sogenannte Triblock-Terpolymer-Membran, die organische Moleküle nach ihrer elektrischen Ladung aus wässrigen Lösungen trennt. «In meinen Versuchen konnte ich mit unterschiedlich geladenen, aber vergleichbar grossen Molekülen zeigen, dass die Membran sehr spezifisch Farbmoleküle oder andere organische Moleküle, wie zum Beispiel Arzneistoffe, zuverlässig voneinander trennt», erklärt Doktorandin Zhenzhen Zhang. Die hohe Selektivität selbst bei so winzigen Molekülen macht ihre neue Membran auch für die Pharmaindustrie interessant: Die Gewinnung und Reinigung organischer Moleküle ist aufgrund ihrer geringen Grös se sehr anspruchsvoll. Durch die neue Membran könnten hier Kosten eingespart werden.
Spezielles Verfahren zur Membranherstellung Die Herstellung der neuen Membran erfolgt mithilfe einer speziellen Kombination. Die Eigenschaft von Polymeren, sich selbst neu zu ordnen (self-assembly), wurde mit einem speziellen Verfahren verknüpft. Das Verfahren ist eine nichtlösungsmittel-induzierte Phasenseparation 44
Bild : Zhenzhen Zhang
Eine neue im Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) entwickelte Membran trennt kleinste Farbstoffpartikel oder Arzneistoffe nicht nur nach Grösse, sondern auch nach ihrer elektrischen Ladung. Durch diese zusätzliche Funktion können organische Moleküle, die nicht grösser als ein bis zwei Nanometer sind, erstmals selektiv separiert werden. Die Polymerforscherin Zhenzhen Zhang stellte ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift «Advanced Materials» vor.
Bild 1: Synthese massgeschneiderter Triblock-Terpolymere.
(Snips), das am HZG entwickelt worden ist. Hierzu wird zunächst ein Triblock-Terpolymer synthetisiert. Eine solche Polymerkette besteht aus drei Blöcken, wobei Zhang den beiden Endblöcken unterschiedliche funktionelle Gruppen (siehe Bild 1 Nr. 1, beige (OH), violett (C 5H4N)) zugefügt hat. Die Nanokanäle in der Membran entstehen danach durch Selbstorganisation (self-assembly) der Polymere während des Snips-Verfahrens: Die Triblock-Terpo-
lymer-Lösung wird auf ein Vlies gegossen, nach kurzer Pause ist das Lösungsmittel verdampft und das Vlies wird in ein Wasserbad getaucht. Es entstehen kleine Röhren mit identischem Durchmesser, die von der Oberfläche aus senkrecht nach unten «wachsen» (siehe Bild 1 Nr. 2). Die zuvor zugefügten funktionellen Gruppen ordnen sich selbstständig im Inneren der Röhren (siehe Bild 1 Nr. 2) an und können anschliessend mit positiver oder negativer Ladung versehen werden (siehe 10/2020
