Research in membranes as part of the project Ceramic high-flux microfiltration membrane (AMASiNG) at DTU Energy

AMASiNG baner vej for danske membraner til det kinesiske marked

onsdag 29 jul 15

AMASiNG

Det toårige projekt AMASiNG er støttet af det danske miljøministeriums MUDP-program. DTU Energi vil udvikle, stabilisere og screene de rigtige materialer til membranerne, mens LiqTech står for sintring og test af produktet. Det endelige produkt vil blive demonstreret på det kinesiske marked, hvor membranen bl.a. vil blive brugt til opkoncentrering af juice i føde- og drikkevareindustrien, og oprensning af antibiotika i den biofarmaceutiske branche.

DTU Energi er i samarbejde med membranvirksomheden LiqTech i gang med at udvikle keramiske membraner til det kinesiske marked, hvor de bl.a. vil blive brugt til opkoncentrering af juice i føde- og drikkevareindustrien, og oprensning af antibiotika i den biofarmaceutiske branche.

Adgangen til rent vand er hastigt ved at blive et stort problem i verden, hvor anslået 750 millioner mennesker mangler adgang til rent vand. Effektive membraner til vandfiltrering er afgørende i mange applikationer, når drikkevand fremstilles ved hjælp af afsaltning, forurenet vand skal filtreres og renses til miljøformål og når allerede "rent" vand gøres endnu renere til produktion af ​​fx medicinske produkter.

Hemmeligheden bag vandfiltrering ved hjælp af membraner er membranernes overfladeegenskaber og struktur: Det tager eksempelvis en langt mindre indsats at filtrere en slidt støvle væk fra spildevand end at fjerne uønskede bakterier og partikler i vand til medicinsk brug.

DTU Energi har i årtier forsket i keramiske materialer og arbejdet med fremstilling af flerlagede keramiske strukturer til konstruktion af state-of-the-art udstyr til energikonvertering og -lagring. Nu er DTU Energi og virksomheden LiqTech International A/S, en specialist i luft og vandfiltrering, gået sammen i et projekt for at udnytte deres fælles stærke kompetencer til at videreudvikle membraner til vandfiltrering. Membraner, der eksempelvis kan bruges til opkoncentrering af juice i fødevare-og drikkevareindustrien eller til oprensning af antibiotika indenfor den biofarmaceutiske branche.

"LiqTech har eksisterende og funktionelle membraner, der er fremragende til nogle applikationer, men vi sigter mod at skabe membraner til nye anvendelsesområder og markeder", siger leder af projektet på DTU Energi, seniorforsker Michela Della Negra.

Det toårige projekt " Ceramic high-flux microfiltration membrane" er døbt AMASiNG, og partnerne sigter mod at skræddersy porøsitet i et endeligt produkt og teste hvordan forskellige materialers egenskaber i forskellige membraner og gennem forskellige behandlingsprocedurer kan påvirke filtrering og ydeevne.

Membranerne i projektet er lavet af siliciumkarbid (SiC), som har en række miljømæssige fordele, når de anvendes i den biofarmaceutiske branche og indenfor fødevareindustrien:

  • Længere levetid og derfor mindre affaldsprodukter;
  • Membraner kan tåle rengøring med damp ved høje temperaturer, hvilket kan eliminere/minimere brugen af ​​kemikalier;
  • Højt filtreringsareal pr volumen ​​bæresubstrat;
  • Meget hydrofile og kan modstå fouling.
"Vi sigter mod at skabe membraner til nye anvendelsesområder og markeder"
Seniorforsker Michela Della Negra, DTU Energi

DTU forskernes opgave er at sikre bedre kontrol over membranporøsitet, overfladekemi og ruheden af ​​siliciumcarbid-membranerne for at sikre, at uønskede elementer fjernes.

Skal membranerne kunne oprense antibiotika, skal cellebestanddelene effektivt kunne sorteres fra fermenteringsvæsken, så kun den rene antibiotika løber igennem membranen. Til dette formål er porestørrelsen på de nuværende membraner i sortimentet for store.

”Vi er nødt til at forfine mikrostrukturen, så de bliver tilpasset de nye anvendelser. Der bliver tale om en forfinet ultrafiltreringsmembran,” siger udviklingsingeniør ved LiqTech Jan Hoffmann Jørgensen. Michela Della Negra fra DTU fortsætter:

"Det hele kommer an på porestørrelsen, for du bliver nødt til at have en meget præcis cutoff for at vide, hvad der er tilbage, hvad der kommer igennem. Du er nødt til at kende overfladekemien, kornstørrelserne og det elektriske potentiale af din membran, idet visse porer kan afvise små ting på grund af elektrostatiske virkninger", forklarer seniorforskeren fra DTU Energi.

Man kan stærkt forsimplet sammenligne produktion af membraner med at hælde vand ud over sand eller mellemstore sten. Vandet drænes i forskellige hastigheder grundet materialernes forskellige kornstørrelse, dvs. porestørrelse, men ændres eller fjernes overfladeladningen af ’sand'-materialet under fremstilling af ​​membranen, risikerer ’sandet’ at klumpe sammen og danne stenlignende partikler, hvilket medfører åbne kanaler eller huller gennem materialet. Det medfører lavere effektivitet af membranerne.

For at undgå dette problem, forsøger forskerne på DTU at skabe mindre partikler med lavere porestørrelse, men det tager meget kompleks kemi at nå målet.

"Vi er nødt til at se på sedimentet og de elektrostatiske egenskaber af membranen for at definere den optimale porestørrelse for en keramisk membran. Det kan indebære arbejde på nanoskala med forskellige keramiske materialer til membranerne, men det er stadig uvist," siger Michela Della Negra.

DTU Energi vil bidrage med forskernes store viden om kolloide suspensioner og kolloid karakterisering, mens LiqTech vil undersøge membranernes ydeevne og teste nye materialesammensætninger og udnytte deres erfaring med sintring.


Relaterede Videoer  

Vis flere