Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-4079
Zhao, Li
Manufacture and Characterisation of Composite Graded Filter Membranes for Microfiltration
IV, 126 S., 2003

Mikrofiltration ist insbesondere die Filtration von Substanzen im Größenbereich von 0.05 bis 10 µm, die zwei übliche Formen aufweist - Durchströmung (totes Ende) und Kreuzstrom. Mikrofiltration wird sowohl in der Produktion als auch bei analytischen Anwendungen wie der Filtration von Teilchen aus Flüssig- oder Gasströmen für verschiedene Industrien, z.B . die Chemie- oder Pharma-Industrie, bei der Klärung und Sterilfiltration und in der Abwasseraufbereitung eingesetzt.

In der vorliegenden Arbeit wurden ein Mikrofiltrationsverbundmembran entwickelt, die robuste Substrate (sowohl planar als auch rohrförmig) aus gesintertem Edelstahlpulver mit einer patentierten Beschichtungstechnik - dem Nasspulverspritzen (WPS) kombinieren, wobei eine gesinterte Titandioxidschicht dauerhaft an die porösen Edelstahlsubstrate gebunden wird. Durch Optimierung einer herkömmlichen Zusammensetzung der Ti02 -Suspension in Verbindung mit dem Spritzverfahren der WPS-Methode und dem Sintern der gradierten Struktur werden stabile Ti02-Membranschichten mit einer Porengröße von 0.1 µm und einer Dicke von 20 ~ 30 µm entwickelt . Durch Verwendung der Ultraschallwellen- und Mahlverfahren konnten die Störstellen in den Membranen deutlich verringert werden.

Zur Untersuchung des Strömungsprozesses in der gradierten Struktur wurden mathematische Modelle entwickelt, um die Strömungsrate sowohl durch Flüssigkeit als auch durch Gas zu simulieren. Eine Modifikation wurde durchgeführt, um die Modelle über den Vergleich der berechneten mit den gemessenen Ergebnissen zu verbessern, was darüber hinaus bewies, dass die Modelle in der Simulation solcher Strukturen recht zuverlässig waren.

Microfiltration is specifically the filtration of substances that range in size from 0.05 µm to 10 µm, which has two common forms - through-flow (dead-end) and cross-flow. Microfiltration is used in both production and analytical applications, such as the filtration of particles from liquid or gas streams for différent industries, e.g . chemical or pharmaceutical, clarification and sterile filtration and waste water treatment etc.

In this work composite microfiltration membranes were developed combining rugged substrates (both planar and tubular) made of sintered stainless steel powder with a patented coating technology - the wet powder spraying (WPS) method, in which a sintered titanium dioxide layer is permanently bonded to the porous stainless steel substrates . Through the optimisation of a conventional composition of the Ti02 suspension, the spraying process of the WPS method and thé sintering process of the graded structure, stable Ti02 membrane layers are being developed with an average pore size of 0.1 µm and a thickness of 20 ~ 30 µm. Due to the utilisation of the ultrasonic wave and grinding methods the imperfections in the membranes could be decreased distinctly .

In order to investigate the flow process inside the graded structure, mathematical models were developed to simulate the flow rate both by fluid and gas. A modification was done to improve the models through comparing the calculated results with the measured results, which proved furthermore that the models were quite reliable in the simulation of such structures.

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Letzte Änderung: 07.06.2022