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DE19824666A1 - Separation of mixtures of substances using permeable material - Google Patents

Separation of mixtures of substances using permeable material

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DE19824666A1
DE19824666A1 DE19824666A DE19824666A DE19824666A1 DE 19824666 A1 DE19824666 A1 DE 19824666A1 DE 19824666 A DE19824666 A DE 19824666A DE 19824666 A DE19824666 A DE 19824666A DE 19824666 A1 DE19824666 A1 DE 19824666A1
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suspension
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Bernd Penth
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Creavis Gesellschaft fuer Technologie und Innovation mbH
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Abstract

Mixtures of substances are separated using a permeable material, to which an electrical voltage is briefly applied.

Description

Keramische Schichten können auf porösen Träger mit Öffnungen bis zu 500 µm dadurch hergestellt werden, daß eine Suspension, hergestellt aus einer metallhaltigen Verbindung, die durch Wasser hydrolysiert und mit Mineralsäure peptisiert wurde und supergemahlenem Aluminiumoxid mit Kornverteilung zwischen 0,1 µm und 10 µm auf den Träger aufgestrichen wird und mit Heißluft bei 450°C innerhalb weniger Sekunden zu einer keramischen Beschichtung verfestigt wird. Auf diese Weise lassen sich keramische Schichten für die Mikrofiltration herstellen. In Abhängigkeit von der Größe der Öffnungen des Trägers ist die Auswahl der verwendbaren Korngrößen zu kleineren Größen hin limitiert. Zur rißfreien Beschichtung von Öffnungen von etwa 100 µm ist die Verwendung von käuflich erhältlichen, einheitlichen Fraktionen von mittleren Korngrößen < 0,7 µm bereits kritisch. Die Verwendung mittlerer Korngrößen zwischen 0,7 µm und 2 µm dagegen günstig. Die Größe der Poren der entstehenden keramischen Membranen ist bei Verwendung einer einheitlichen Korngrößenfraktion demnach nach unten limitiert und liegt bei der angegebenen Größe der zu beschichtenden Öffnungen bei 0,35 µm bis 0,6 µm.Ceramic layers can be made on porous supports with openings up to 500 µm be made that a suspension made of a metal-containing compound was hydrolyzed by water and peptized with mineral acid and super-ground Alumina with a grain size distribution between 0.1 µm and 10 µm is spread on the carrier becomes and with hot air at 450 ° C within a few seconds to a ceramic Coating is solidified. In this way, ceramic layers for the Make microfiltration. Depending on the size of the openings of the carrier, the Selection of the usable grain sizes limited to smaller sizes. For crack-free Coating openings of about 100 µm is the use of commercially available, uniform fractions of average grain sizes <0.7 µm are already critical. The In contrast, the use of medium grain sizes between 0.7 µm and 2 µm is cheap. The size The pores of the resulting ceramic membranes are uniform when using Grain size fraction is therefore limited at the bottom and is at the specified size coating openings at 0.35 µm to 0.6 µm.

Eine besonders interessante praktische Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde in einer Apparatur realisiert, die erstmals die Herstellung von keramischen Membranen als Rollenmaterial ermöglicht.A particularly interesting practical implementation of the method according to the invention was realized in an apparatus that is the first to manufacture ceramic membranes Roll material allows.

Dazu wird jeweils als Rollenware erhältliches poröses Metall, bevorzugt Edelstahlquadratmaschengewebe mit Maschenweiten zwischen 70 µm und 120 µm oder Streckmetall, kontinuierlich durch eine Apparatur geführt, auf der die Beschichtung aufgetragen und verfestigt und nach der Verfestigung wieder als Rollenware aufgewickelt. In der praktischen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschieht dies in guter Qualität mit einer Geschwindigkeit von 18 Meter/Stunde. Diese Ausführung besteht im wesentlichen aus einer motorisch angetriebenen Aufrollvorrichtung für das fertig beschichtete Material, einer Bremsvorrichtung zum Straffen des von der Rolle abgewickelten Trägermateriales, einer Auftragsvorrichtung für die keramische Suspension und einer Kammer, in der die Membran durch Beblasen mit Heißluft verfestigt wird.For this purpose, porous metal available as a roll is preferred Stainless steel square mesh with mesh sizes between 70 µm and 120 µm or Expanded metal, continuously passed through an apparatus on which the coating applied and consolidated and wound up again after the consolidation as roll goods. In the practical implementation of the method according to the invention does this in good Quality at a speed of 18 meters / hour. This version consists of essentially from a motorized retractor for the finished coated Material, a braking device to tighten the unwound from the roll Carrier material, an application device for the ceramic suspension and one Chamber in which the membrane is solidified by blowing with hot air.

Zum Erreichen kleinerer Poren wird die so entstandene keramische Membran mit einer zweiten keramischen Membran versehen. Da die nun als Träger für die zweite Schicht dienenden Trägerporen der ersten Schicht (im Vergleich zu den 100 µm-Maschen des Trägers für die erste Schicht) wesentlich kleiner sind, können wesentlich kleinere Korngrößen verwendet werden, wobei es prinzipiell jedoch nicht Ziel der Herstellung ist, zu einer kleineren Porenweite durch Porenverengung der existierenden Mikrofiltrationsmembran zu kommen, sondern möglichst eine separate keramische Schicht auf die Trägerschicht aufzubringen um zu einem optimalen Durchflußverhalten der Membran zu gelangen. Die maximal rißfrei erreichbare Dicke dieser Schicht ist in Ausführung des erfindungsgemäßen, kontinuierlichen Herstellverfahrens wegen fehlender Bindemittel limitiert und kritisch. Sie ist in jedem Fall in erster Linie abhängig von der Größe der verwendeten Metalloxidpartikel und liegt bei Verwendung von mittleren Korngrößen unter 0,1 µm bei etwa 5 µm. Die entstehenden Membranen weisen Poren auf, die etwa das 0,6fache bis 0,8fache der Korngrößen betragen.In order to reach smaller pores, the ceramic membrane thus created is covered with a second ceramic membrane. Since that is now the carrier for the second layer serving carrier pores of the first layer (compared to the 100 µm mesh of the carrier for the first layer) are significantly smaller, significantly smaller grain sizes can be used can be used, but in principle it is not the aim of the production, to a smaller pore size by narrowing the pores of the existing microfiltration membrane come, but if possible a separate ceramic layer on the carrier layer to apply in order to achieve an optimal flow behavior of the membrane. The The maximum thickness of this layer which can be achieved without cracks is in the embodiment of the invention, continuous manufacturing process limited and critical due to the lack of binding agents. she is in any case primarily depending on the size of the metal oxide particles and is about 5 µm when using average grain sizes below 0.1 µm. The resulting membranes have pores that are about 0.6 times to 0.8 times that Grain sizes are.

Das Ziel der Herstellung rißfreier keramischer Schichten auf einem porösen Träger mit kleineren Poren als 0,35 µm kann erfindungsgemäß auch dadurch erreicht werden, daß statt einer einzigen kornmerziell erhältlichen Korngrößenfraktion gleichzeitig unterschiedliche Korngrößenfraktionen eingesetzt werden. Dadurch läßt sich die Porenweite der entstehenden Membran manipulieren.The goal of producing crack-free ceramic layers on a porous support Pores smaller than 0.35 μm can also be achieved according to the invention in that instead of a single commercially available grain size fraction  Grain size fractions are used. This allows the pore size of the resulting Manipulate the membrane.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus einer Suspension einer einzigen Korngrößenfraktion entstandene keramische Schicht weist bei Verwendung von mittleren Korngrößen um 0,7 µm (Alcoa CT 3000 SG) Poren im Bereich von 0,35 µm-0,60 µm auf. Verwendet man statt dessen zusätzlich eine kleinere Korngrößenfraktionen, die sich deutlich unterscheidet, (wie z. B. Alcoa Premalox mit einer mittleren Korngröße um 0,25 µm) gelangt man mittels einer einzigen Beschichtung zu rißfreien Schichten mit deutlich kleinerer Porenweite. Der mengenmäßige Anteil der kleineren Fraktion darf dabei zur Verhinderung einer Rißbildung einen maximalen Anteil aber nicht übersteigen. Dieser maximale Anteil liegt immer unterhalb der offenen Porosität einer Membran die aus einer Suspension entsteht, die nur aus der größeren Korngrößenfraktion besteht. Meist liegt der zur zuverlässigen Herstellung rißfreier Schichten maximal verwendbare Anteil der kleineren Fraktion mit ca. 10% sogar weit unter dem derart definierten maximalen Anteil, wobei die Maschenweite des verwendeten Trägers ebenso eine Rolle spielt wie die Viskosität der Suspension.One according to the inventive method from a suspension of a single one Grain size fraction resulting ceramic layer shows when using medium Grain sizes around 0.7 µm (Alcoa CT 3000 SG) pores in the range of 0.35 µm-0.60 µm. Instead, you use a smaller grain size fraction, which is clear differs (such as Alcoa Premalox with an average grain size of around 0.25 µm) one with a single coating to crack-free layers with significantly smaller Pore size. The quantitative proportion of the smaller fraction can be used to prevent this of cracks, however, do not exceed a maximum proportion. This maximum share is always below the open porosity of a membrane that arises from a suspension that consists only of the larger grain size fraction. Most of the time it is reliable Production of crack-free layers maximum usable proportion of the smaller fraction with approx. 10% even far below the maximum proportion defined in this way, the mesh size of the used carrier plays a role as does the viscosity of the suspension.

Als kleinere Fraktion kann neben Aluminiumoxid (z. B. Alcoa Premalox) auch ein anderes Metalloxid verwendet werden. Günstig sind chemisch inerte Materialien wie Titandioxid, Zirkonoxid aber auch Siliciumoxid. Soll die herzustellende Membran als Elektromembran oder als elektrisch zu modifizierende Membran dienen, wird als Sol Titandioxidsol und als partikuläre Bestandteile der kleineren Korngrößenfraktion Titandioxid verwendet.In addition to aluminum oxide (e.g. Alcoa Premalox), another fraction can be used as a smaller fraction Metal oxide can be used. Chemically inert materials such as titanium dioxide, Zirconium oxide but also silicon oxide. If the membrane to be manufactured is intended as an electrical membrane or serve as an electrically modifiable membrane, is used as sol titanium dioxide sol and as particulate components of the smaller grain size fraction titanium dioxide are used.

Die Realisierung der Herstellung der Ultrafiltrationsmembran in der Zwei-Schritt-Methode, also das Aufbringen einer zweiten feinporigen Schicht auf die primäre Mikrofiltrationsschicht kann derart durchgeführt werden, daß diese Schicht in der gleichen Weise wie die erste Schicht nachträglich mit der gleichen beschriebenen Apparatur, aber einer Suspension mit einer entsprechend feineren Korngrößenstruktur, durchgeführt wird.Realizing the manufacture of the ultrafiltration membrane in the two-step method, thus the application of a second fine-pored layer on the primary microfiltration layer can be carried out in such a way that this layer in the same way as the first Subsequent layer with the same equipment described, but with a suspension a correspondingly finer grain size structure is carried out.

Das Aufbringen der Ultrafiltrationsmembran kann, statt des erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahrens, erfindungsgemaß aber auch als Chargenverfahren durch Tauchen einer spiralig aufgewickelten Rolle einer doppelten Lage der Mikrofiltrationsmembran in eine geeignete Suspension erfolgen, wobei die gemeinsamen Kanten, jeweils einer Doppellage, während des beschichtenden Eintauchvorganges abgeklebt werden, so daß die einzelnen Mikrofiltrationsmembranen jeweils nur einseitig mit der Beschichtungssuspension in Kontakt kommen können. Das zur Überklebung verwendete Klebeband wird dabei so dick gewählt, daß die Oberflächen der einzelnen Lagen des Spiralwickels einen Abstand von einigen mm aufweisen. Beim Herausnehmen des getauchten Wickels läuft dadurch die überschüssige Suspension, ohne die Bildung von Flüssigkeitsbrücken durch Kapillarkräfte zwischen den einzelnen Lagen, ab. Durch Ausblasen mit Druckluft kann dieser Prozess unterstützt werden. Nach Trocknen des Spiralwickels an der Luft werden die Klebebänder entfernt, die Membran in ein Rohr gesteckt und mittels eines Heißluftföns verfestigt.The application of the ultrafiltration membrane can instead of the invention continuous process, but also according to the invention as a batch process by immersion a spirally wound roll of a double layer of the microfiltration membrane in one suitable suspension, the common edges, each of a double layer, are taped during the coating immersion process, so that the individual Microfiltration membranes in contact with the coating suspension only on one side can come. The adhesive tape used for pasting is chosen so thick that the surfaces of the individual layers of the spiral wrap a distance of a few mm exhibit. When you take out the dipped roll, the excess runs Suspension without the formation of liquid bridges by capillary forces between the individual layers. This process can be supported by blowing out with compressed air. After drying the spiral wrap in air, the adhesive tapes are removed, the membrane inserted into a tube and solidified by means of a hot air dryer.

Da auf diese Weise innerhalb sehr kurzer Zeit sehr große Membranflächen bearbeitet werden können, ist es wirtschaftlich durchaus sinnvoll, neben den erfindungsgemäßen Suspensionen auch binderhaltige wash-coat Beschichtungslösungen nach dem Stand der Technik zu verwenden. Dadurch verlängern sich zwar die Erhitzungszeiten, beziehungsweise werden Temperaturprogramme erforderlich, allerdings ist dieser Aufwand dennoch vergleichsweise gering, da pro Charge große Membranflächen hergestellt werden. Ein Beispiel soll dies verdeutlichen. Zwei 20 m lange und 30 cm breite Streifen einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Membran werden an ihren langen Ober- und Unterkanten mit einem 2 mm dicken Klebeband, sowie an den Enden abgeklebt. Diese Membrandoppelrolle mit einer Gesamt-Membranfläche von 12 m2 wird spiralig aufgewickelt in eine geeignete Suspension nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kurz eingetaucht. Nach Trocknen und Entfernen des Klebebandes wird das gewickelte Paket, eventuell zusammen mit einer zusätzlichen Lage als Spacer dienenden Edelstahlgewebe in ein 80 mm dickes und 500 mm langes Rohr gegeben und mittels eines Heißluftföns mit einer Leistung von 4-5 Kwh und einer Heißlufttemperatur von etwa 500° über einen Zeitraum von etwa 10 min. behandelt. Mit dieser einfachen Vorrichtung gelingt also die Herstellung einer großen Membranfläche in sehr kurzer Zeit. Verwendet man wash-coat Lösungen nach dem Stand der Technik, kann sich die erforderliche Zeit entsprechend den angegebenen Bedingungen um das Mehrfache verlängern. Dennoch ist der Aufwand im Verhältnis zu den bislang bekannten Methoden zur Herstellung keramischer Membranen sehr gering.Since very large membrane areas can be processed in this way within a very short time, it makes economic sense to also use binder-containing wash-coat coating solutions according to the prior art in addition to the suspensions according to the invention. Although this increases the heating times or temperature programs are required, this effort is nevertheless comparatively low, since large membrane areas are produced per batch. An example should clarify this. Two 20 m long and 30 cm wide strips of a membrane produced by the process according to the invention are taped at their long upper and lower edges with a 2 mm thick adhesive tape and at the ends. This double membrane roll with a total membrane area of 12 m 2 is spirally wound into a suitable suspension briefly immersed according to the inventive method. After the adhesive tape has dried and removed, the wound package, possibly together with an additional layer of stainless steel mesh serving as a spacer, is placed in a tube 80 mm thick and 500 mm long and using a hot air dryer with a power of 4-5 Kwh and a hot air temperature of about 500 ° over a period of about 10 minutes. treated. With this simple device, a large membrane area can be produced in a very short time. If state-of-the-art wash-coat solutions are used, the time required can be extended by a multiple in accordance with the specified conditions. Nevertheless, the effort is very low compared to the previously known methods for producing ceramic membranes.

Die nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Auftragen feinerer keramischer Schichten auf gröbere Träger, die auf dem Tauchen oder auf dem kurzzeitigen Befüllen von Rohren zur Herstellung keramischer Membranen beruhen, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch auf die erfindungsgemäß hergestellten keramischen Flachmembranen angewendet werden.The prior art methods for applying finer ceramic Layers on coarser substrates that are based on diving or on short-term filling Tubes for the production of ceramic membranes can be based on the The inventive method also on the ceramic produced according to the invention Flat membranes are used.

So erhält man flexible, keramische Membranen für die verschiedenen Trennbereiche und die verschiedenen Applikationsfelder für Abtrennungen im fest/flüssig-Bereich, gelöster Stoffe, sowie das Reinigen und das Trennen von Gasen, aber auch als Separatoren in Batterien und Brennstoffzellen.So you get flexible, ceramic membranes for the different separation areas and various fields of application for separations in the solid / liquid area, dissolved substances, as well as cleaning and separating gases, but also as separators in batteries and Fuel cells.

Die entstehende Membran kann als Träger dienen für Flüssigmembranen, z. B. für die Pertraction (z. B. die Extraktion hydrohober organischer Komponenten aus Wasser und Abgabe des Extraktes an die organische Phase auf der Membranrückseite oder für ein Polymer, wenn die Membran für die Trennung verschiedener organischer Komponenten verwendet werden soll.The resulting membrane can serve as a carrier for liquid membranes, e.g. B. for the Pertraction (e.g. the extraction of hydrohobic organic components from water and Delivery of the extract to the organic phase on the back of the membrane or for a Polymer when the membrane for the separation of various organic components should be used.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Membran kann erfindungsgemäß als Elektrode in wäßrigen Lösungen zur Erzeugung von Gasen durch Wasserhydrolyse eingesetzt werden.According to the invention, the membrane produced by the process according to the invention can be used as Electrode used in aqueous solutions to generate gases by water hydrolysis become.

Schaltet man die Membran in einer wäßrigen Lösung bei einer Gleichspannung von wenigstens 2-30 Volt als Kathode, wird das in der Membran befindliche Titandioxid zum elektrisch gut leitfähigen, blauen Titansuboxid reduziert. Die Membran wird damit in ihrer gesamten Struktur elektrisch leitend. Durch das in der Membran befindliche gut leitfähige metallische Gewebe sind die elektrischen Wege durch die Keramik selbst relativ kurz, wodurch sich ein niedriger elektrischer Gesamtwiderstand ergibt. Als Kathode geschaltet, handelt es sich bei dieser Membran also um einen elektrisch vollständig leitenden Körper.Switching the membrane in an aqueous solution at a DC voltage of at least 2-30 volts as cathode, the titanium dioxide in the membrane becomes electrically conductive, blue titanium suboxide reduced. The membrane is thus in their entire structure electrically conductive. Due to the highly conductive in the membrane metallic fabrics, the electrical paths through the ceramic itself are relatively short, which results in a low total electrical resistance. Switched as cathode, this membrane is an electrically fully conductive body.

Erfindungsgemäß kann man diese Membran als Kathode bei der Elektromembranfiltration verwenden. Nach dem Stand der Technik wird darunter eine Membranfiltration wäßriger Medien verstanden, bei der während einer Membranfiltration ein elektrisches Feld dadurch aufgebaut wird, daß meist auf der Permeatseite eine Kathode und im Retentat eine Anode angebracht wird. Die meist elektrisch negativ geladenen Partikel werden so von der Membranoberfläche abgestoßen. Erfindungsgemäß wird die Membran selbst zur Kathode, d. h. die gesamte Membranoberfläche selbst ist negativ geladen. Der abstoßende Effekt auf negativ geladene Teilchen steigert sich im Vergleich zum Stand der Technik dadurch erheblich. In Abhängigkeit von der Porenweite der Membran kann somit auch Salz in unterschiedlichem Maß zurückgehalten werden, wobei der Salzrückhalt entscheidend durch das elektrische Feld gesteuert werden kann. Es handelt sich somit um eine elektrisch schaltbare Membran.According to the invention, this membrane can be used as a cathode in electromembrane filtration use. According to the prior art, membrane filtration becomes more aqueous Understand media in which an electric field occurs during membrane filtration is built up that usually a cathode on the permeate side and an anode in the retentate is attached. The mostly electrically negatively charged particles are thus from the Repelled membrane surface. According to the invention, the membrane itself becomes the cathode, i.e. H. the entire membrane surface itself is negatively charged. The repulsive effect on negative  charged particles increase significantly compared to the prior art. In Depending on the pore size of the membrane, salt can also be used in different ways Dimension are retained, the salt retention being crucial due to the electric field can be controlled. It is therefore an electrically switchable membrane.

Die Leitfähigkeit der kathodisch betriebenen Membran kann man erfindungsgemäß auch zur elektrolytischen Abscheidung von Metallen nutzen. Die elektrolytische Abscheidung von Metallen selbst ist dabei Stand der Technik.The conductivity of the cathodically operated membrane can also be used according to the invention use electrolytic deposition of metals. The electrodeposition of Metals themselves are state of the art.

Erfindungsgemäß nutzt man diese Möglichkeit der Abscheidung von Metallen zum Aufbringen von katalytisch aktiven Metallen auf die Membran, beziehungsweise in die Poren der Membran. Diese Art der Herstellung katalytisch aktiver Membranen war bislang nicht möglich.According to the invention, this possibility of depositing metals is used Application of catalytically active metals on the membrane or in the pores the membrane. This type of production of catalytically active membranes has not previously been used possible.

Erfindungsgemäß kann man solcherart hergestellte katalytisch aktive Membranen anschließend wiederum als Kathode in wäßrigen Medien nutzen zur katalytischen Reduktion mit der in-situ Erzeugung von zur Reduktion benötigtem Wasserstoff. Dies sei am Beispiel des Nitratabbaus verdeutlicht. Den für den katalytischen Nitratabbau an Edelmetall, z. B. Pd/Sn erforderlichen Wasserstoff liefert dann nämlich diese mit dem Katalysator ausgerüstete kathodisch betriebene Membran am benötigten Ort in idealer Weise.According to the invention, it is possible to produce catalytically active membranes produced in this way then again used as a cathode in aqueous media for catalytic reduction with the in-situ generation of hydrogen required for the reduction. This is the example of nitrate degradation clarified. The for catalytic nitrate degradation of precious metal, e.g. B. The hydrogen required by Pd / Sn then supplies this hydrogen equipped with the catalyst ideally cathodically operated membrane at the required location.

Erfindungsgemäß kann eine durch elektrolytische Abscheidung von Edelmetall nach dem beschriebenen Verfahren imprägnierte Membran auch als Anode verwendet werden. Obwohl das in der Membran befindliche Titandioxid in einer wäßrigen Lösung als Anode vollständig nichtleitend ist und damit keinen Beitrag zur Leitfähigkeit mehr leistet, kann man die Leitfähigkeit der Membran dadurch herstellen, daß zunächst Metall, welches im Hinblick auf die spätere Verwendung der Membran als Katalysator ausgewählt werden kann, wie zuvor beschrieben, kathodisch abgeschieden wird bis eine gut leitfähige (metallische) Struktur in den Poren der Membran entstanden ist, welche bei der nachfolgenden Verwendung als Anode nicht mehr auf die Leitfähigkeit von Titandioxid angewiesen ist.According to the invention by electrolytic deposition of noble metal after impregnated membrane method described can also be used as an anode. Although the titanium dioxide in the membrane completely in an aqueous solution as anode is non-conductive and therefore no longer makes a contribution to conductivity, you can Establish conductivity of the membrane by first metal, which with regard to the later use of the membrane as a catalyst can be selected as before described, is deposited cathodically until a highly conductive (metallic) structure in the pores of the membrane, which is used in the subsequent use as an anode is no longer dependent on the conductivity of titanium dioxide.

Erfindungsgemäß kann man solcherart hergestellte katalytisch aktive Membranen als Anode in wäßrigen Medien nutzen zur katalytischen Oxidation mit der in-situ Erzeugung von zur Oxidation benötigtem Sauerstoff.According to the invention, catalytically active membranes produced in this way can be used as the anode in aqueous media for catalytic oxidation with the in-situ generation of Oxidation required oxygen.

Weiterhin wurde erfindungsgemäß gefunden, daß die Zugabe einer käuflichen, hydrophoben Dispersion in einer Menge von 1-20% zu der für die Herstellung der Keramikmembran verwendeten Suspension ebenfalls zu einer brauchbaren Membran führt. Verwendet wurden dazu die Hostaflon-Typen der Fa. Höchst TF 5032 u. a. Diese Membran ist nützlich für Anwendungen, bei denen die Membran am Benetzen durch Wasser oder aber andere Flüssigkeiten gehindert werden soll und nur der Durchtritt von Gasen erwünscht ist.Furthermore, it was found according to the invention that the addition of a commercially available, hydrophobic Dispersion in an amount of 1-20% to that for the manufacture of the ceramic membrane suspension used also leads to a useful membrane. Were used the Hostaflon types from Höchst TF 5032 u. a. This membrane is useful for Applications where the membrane is wetted by water or other Liquids should be prevented and only the passage of gases is desired.

Sofern die ursprüngliche Mikrofiltrationsmembran einseitig mit einer hydrohobierten Keramikschicht ausgerüstet wurde, kann die in wäßrige Lösung eingetauchte Membran beim Anlegen einer elektrischen Spannung an das Edelstahlträgergewebe als Elektrode fungieren und Gase bilden, die im Falle einer teflonisierten Beschichtung bevorzugt auf der hydrophobierten Membranseite an die berührende Flüssigkeit abgegeben werden.Provided the original microfiltration membrane is hydrohobic on one side Ceramic layer was equipped, the membrane immersed in aqueous solution can Applying an electrical voltage to the stainless steel support mesh act as an electrode and form gases which, in the case of a teflonized coating, preferably on the water-repellent membrane side are released to the contacting liquid.

Erfindungsgemäß kann man nach den voranstehenden Methoden Membranen herstellen, die auf einer Membranseite hydrophob ausgerüstet sind und auf der anderen Membranseite mit einem Katalysator versehen sind. Mit diesen Membranen können demnach Membranreaktoren aufgebaut werden, die katalytisch aktivierte Oxidationen oder Reduktionen mit der in-situ Erzeugung der benötigten Gase ermöglichen, bei denen sich die Gegenelektrode nicht im Reaktionsgefäß befindet. Das Reaktionsmedium kann daher nichtleitend organisch sein.According to the invention, membranes can be produced using the above methods on one side of the membrane are hydrophobic and on the other side of the membrane  are provided with a catalyst. Accordingly, membrane reactors can be used with these membranes be built up, the catalytically activated oxidations or reductions with the in-situ Allow generation of the required gases in which the counter electrode is not in the Reaction vessel is located. The reaction medium can therefore be non-conductive organic.

Weiterhin kann eine solche Membran wegen ihres Charakters als Gasdiffusionselektrode erfindungsgemäß als Sauerstoffverzehrkathode oder als Wasserstoffverzehranode verwendet werden.Furthermore, because of its character, such a membrane can act as a gas diffusion electrode used according to the invention as an oxygen consumption cathode or as a hydrogen consumption anode become.

Weiterhin kann die Membran erfindungsgemäß genutzt werden zum Aufbringen einer Ionenaustauschermembran. Bei der Ionenaustauschermembran kann es sich um einen festen Polymerelektrolyten handeln, wobei das Polymer in der gleichen Art auf die keramische Membran aufgebracht wird, wie es für das Aufbringen auf poröse Trägermaterialien zum Stand der Technik gehört. Günstig ist auch das Aufbringen von Zeolithen auf die keramische Membran analog den Methoden, die für das Aufbringen auf poröse Träger zum Stand der Technik gehören. Eine solcherart hergestellte Membran kann zum Aufbau von SPE-Zellen (Solid Polymer Electrolyt-Zellen) in der leitsalzfreien, organischen Synthese verwendet werden. Einsetzbar sind solche Membranen auch für die gezielte Trennungen von Substanzen mit unterschiedlichen isoelektrischen Punkten im elektrischen Feld.Furthermore, the membrane can be used according to the invention to apply a Ion exchange membrane. The ion exchange membrane can be a solid one Act polymer electrolytes, the polymer in the same way to the ceramic Membrane is applied as it is for application to porous support materials State of the art belongs. It is also favorable to apply zeolites to the ceramic Membrane analogous to the methods used for applying porous supports to the state of the art Technology belongs. Such a membrane can be used to build SPE cells (Solid Polymer Electrolytic Cells) used in the salt-free, organic synthesis become. Such membranes can also be used for the targeted separation of substances with different isoelectric points in the electric field.

Erfindungsgemäß kann die Membran aber auch geheizt werden. Das Edelstahlgewebe hat (unabhängig von der aufgebrachten keramischen Membran) je nach eingesetztem Typ einen elektrischen Widerstand, der naturgemäß mit der Länge des Gewebes zunimmt. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die beiden Enden eines Membranstreifens fließt eine Strommenge durch die Membran, die diese aufheizt. Bei Quadratmaschengeweben mit Maschenweiten um 100 µm beträgt der Stromfluß beispielsweise beim Anlegen einer Spannung von 12 Volt an einen 1 cm breiten und 15 cm langen Streifen etwa 4 Ampere. Diese Heizbarkeit der Membran wird erfindungsgemäß zur Realisierung verschiedener Absichten genutzt. So kann ein wesentlicher Teil der mit der Membran und den beschriebenen Modifikationen durchführbaren Stofftrennungen durch Erreichen höherer Temperaturen beschleunigt werden.According to the invention, however, the membrane can also be heated. The stainless steel mesh has (regardless of the applied ceramic membrane) depending on the type used electrical resistance, which naturally increases with the length of the tissue. By Applying an electrical voltage to the two ends of a membrane strip flows one Amount of electricity through the membrane, which heats it up. With square mesh fabrics with Mesh widths around 100 µm, the current flow is, for example, when creating a Voltage of 12 volts to a 1 cm wide and 15 cm long strip about 4 amps. This Heatability of the membrane is used according to the invention to implement various purposes utilized. So can an essential part of the membrane and the described Modifications of feasible separations by reaching higher temperatures be accelerated.

Da die Membran aber auch für adsorptive Zwecke verwendet werden kann, dient die Beheizbarkeit erfindungsgemäß auch der Desorption adsorbierter Gase oder Dämpfe.Since the membrane can also be used for adsorptive purposes, the serves Heatability according to the invention also for the desorption of adsorbed gases or vapors.

Weiterhin dient diese Beheizbarkeit erfindungsgemäß der Reinigung der Membran. Eine durch Fouling verursachende organische Substanzen verblockte Membran kann durch Ausheizen auf mehrere hundert Grad regeneriert werden.Furthermore, this heatability is used according to the invention to clean the membrane. A Membrane blocked by organic substances causing fouling can be blocked by Bake out to be regenerated to several hundred degrees.

Auch die Regenerierung durch organische Substanzen vergifteter auf der Membran befindlicher Katalysatoren kann erfindungsgemäß durch Ausheizen realisiert werden.Regeneration by organic substances also more poisoned on the membrane existing catalysts can be realized according to the invention by baking.

Claims (13)

1. Herstellung eines Keramik-Metallträgerverbundes, gekennzeichnet dadurch, daß zur Herstellung des Verbundes Streckmetalle oder Edelstahlgewebe mit Maschenweiten bis zu 500 µm, günstigerweise zwischen 80 µm bis 120 µm verwendet werden und zur Herstellung des Verbundes eine Suspension verwendet wird, die hergestellt wurde aus einem wäßrigen Metalloxidsol und einem Metalloxid mit einer Korngröße von 0,7 µm bis 2 µm und diese Suspension auf als Rollenware erhältliches poröses Metall, bevorzugt Edelstahlquadratmaschengewebe oder Streckmetall mit Maschenweiten zwischen 70 µm und 120 µm, kontinuierlich durch eine Apparatur geführt, auf der die Beschichtung aufgetragen und verfestigt wird und nach der Verfestigung wieder als Rollenware aufgewickelt wird, wobei dies in der praktischen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in guter Qualität mit einer Geschwindigkeit von etwa 10-30 Meter/Stunde geschieht und die Ausführung im wesentlichen aus einer motorisch angetriebenen Aufrollvorrichtung für das fertig beschichtete Material, einer Bremsvorrichtung zum Straffen des von der Rolle abgewickelten Trägermateriales, einer Auftragsvorrichtung für die keramische Suspension und einer Kammer, in der die Membran durch Infrarotstrahlung oder vorzugsweise durch Beblasen mit Heißluft verfestigt wird, besteht.1. Production of a ceramic-metal carrier composite, characterized in that expanded metal or stainless steel mesh with mesh sizes up to 500 microns, advantageously between 80 microns to 120 microns are used to produce the composite and a suspension is used to produce the composite, which was produced from a aqueous metal oxide sol and a metal oxide with a grain size of 0.7 microns to 2 microns and this suspension on porous metal available as rolls, preferably stainless steel square mesh or expanded metal with mesh sizes between 70 microns and 120 microns, continuously passed through an apparatus on which the coating is applied and is solidified and after the solidification is rewound as a roll, this being done in the practical implementation of the method according to the invention in good quality at a speed of about 10-30 meters / hour and the execution essentially from a motor driven flat roll-up device for the finished coated material, a braking device for tightening the substrate material unwound from the roll, an application device for the ceramic suspension and a chamber in which the membrane is solidified by infrared radiation or preferably by blowing with hot air. 2. Herstellung eines Keramik-Edelstahlgewebeverbundes nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß statt einer einzigen kommerziell erhältlichen Korngrößenfraktion gleichzeitig zusätzlich eine weitere Korngrößenfraktion mit mittleren Korngrößen im Bereich 0,05-0,3 µm in einem Anteil von ca. 5-30% eingesetzt werden.2. Production of a ceramic-stainless steel mesh composite according to claim 1, characterized in that instead of a single commercially available grain size fraction at the same time additionally a further grain size fraction with medium grain sizes in the range 0.05-0.3 µm in a proportion of approx. 5-30%. 3. Herstellung eines Keramik-Edelstahlgewebeverbundes nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die entstandene Schicht für das Aufbringen einer weiteren keramischen Schicht genutzt wird, wobei zu deren Herstellung eine Suspension verwendet wird, die hergestellt wurde aus einem wäßrigen Metalloxidsol und einem Metalloxid mit einer Korngröße von < 0,7 µm und diese Suspension auf einen nach Anspruch 1 und 2 hergestellten und kontinuierlich durch eine Apparatur geführte Gewebeverbund aufgetragen und verfestigt wird und nach der Verfestigung wieder als Rollenware aufgewickelt wird, wobei dies in der praktischen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in guter Qualität mit einer Geschwindigkeit von etwa 10-30 Meter/Stunde geschieht und die Ausführung im wesentlichen aus einer motorisch angetriebenen Aufrollvorrichtung für das fertig beschichtete Material, einer Bremsvorrichtung zum Straffen des von der Rolle abgewickelten, nach Anspruch 1 und 2 hergestellten Trägermateriales, einer Auftragsvorrichtung für die keramische Suspension und einer Kammer, in der die Membran durch Infrarotstrahlung oder vorzugsweise durch Beblasen mit Heißluft verfestigt wird, besteht. 3. Production of a ceramic-stainless steel mesh composite according to claim 1 and 2, characterized in that the resulting layer for the application of another ceramic layer is used, a suspension being used for their production is, which was prepared from an aqueous metal oxide sol and a metal oxide with a Grain size of <0.7 microns and this suspension to a prepared according to claim 1 and 2 and continuously applied and solidified through an apparatus guided tissue composite is and after the solidification is rewound as a roll, this in the practical execution of the method according to the invention in good quality with a Speed of about 10-30 meters / hour happens and the execution in essentially from a motorized retractor for the finished coated Material, a braking device to tighten the unwound from the roll after Claim 1 and 2 manufactured carrier material, an application device for the ceramic suspension and a chamber in which the membrane by infrared radiation or is preferably solidified by blowing with hot air.   4. Herstellung eines Keramik-Edelstahlgewebeverbundes nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die entstandene Schicht für das Aufbringen einer weiteren keramischen Schicht genutzt wird, wobei der nach Anspruch 1 und 2 hergestellte Gewebeverbund als zweilagig spiralig aufgewickelte und an den gemeinsamen Kanten jeweils zweier Lagen überklebte Rolle in eine Suspension aus einem wäßrigen Metalloxidsol und einem Metalloxid mit einer Korngröße von < 0,7 µm getaucht wird und von der getauchten Rolle nach Freiblasen von überschüssiger Suspension und Trocknung das Klebeband entfernt wird und das Verfestigen der aufgebrachten Schicht auf der doppelt spiralig aufgewickelten Membranrolle in einem Metallrohr mit angeschlossenem Heißluftgebläse erfolgt.4. Production of a ceramic-stainless steel mesh composite according to claim 1 and 2, characterized in that the resulting layer for the application of another ceramic layer is used, wherein the manufactured according to claim 1 and 2 Fabric composite as a two-layer spiral wound and on the common edges in each case two layers of pasted roll in a suspension of an aqueous metal oxide sol and a metal oxide is dipped with a grain size of <0.7 microns and from the dipped After blowing out excess suspension and drying, remove the tape and the solidification of the applied layer on the double spiral wound Membrane roll in a metal tube with connected hot air blower. 5. Verwendung eines nach den Ansprüchen 1 bis 4 hergestellten Keramik-Metallträger- Verbundes für Trennungen in den Bereichen der fest/flüssig Trennung, der Abtrennung gelöster Stoffe, der Trennung und Reinigung von Gasen und der Verwendung als Träger für Flüssigmembranen.5. Use of a ceramic metal support produced according to claims 1 to 4 Compound for separations in the areas of solid / liquid separation, the separation dissolved substances, the separation and purification of gases and the use as a carrier for Liquid membranes. 6. Verwendung eines nach den Ansprüchen 1 bis 4 hergestellten Keramik-Metallträger- Verbundes, der unter Verwendung von Titandioxidsol und gegebenenfalls unter Verwendung von Titandioxid als kleinerer Korngrößenfraktion hergestellt wurde, als Membran für Trennaufgaben, wobei die Membran selbst gleichzeitig durch Anlegen einer elektrischen Gleichspannung als Kathode und eine im Retentat befindliche Gegenelektrode als Anode dient.6. Use of a ceramic-metal support produced according to claims 1 to 4 Compound using titanium dioxide sol and optionally using of titanium dioxide was produced as a smaller grain size fraction, as a membrane for Separation tasks, the membrane itself simultaneously by applying an electrical DC voltage as the cathode and a counter electrode in the retentate as the anode serves. 7. Herstellung eines Keramik-Edelstahlgewebeverbundes nach Anspruch 1 bis 4 unter Verwendung von Titandioxidsol und gegebenenfalls unter Verwendung von Titandioxid als kleinerer Korngrößenfraktion, gekennzeichnet dadurch, daß die entstandene Schicht als Elektrode für das gleichzeitige Einbringen in die Membran und Aufbringen auf die Membran einer metallischen Schicht durch kathodische Abscheidung von Metallen aus metallischen Lösungen genutzt wird.7. Production of a ceramic-stainless steel mesh composite according to claim 1 to 4 below Use of titanium dioxide sol and optionally using titanium dioxide as smaller grain size fraction, characterized in that the layer formed as Electrode for simultaneous insertion into and application to the membrane a metallic layer by cathodic deposition of metals from metallic Solutions is used. 8. Verwendung eines nach den voranstehenden Ansprüchen hergestellten Keramik-Metallträger- Verbundes als Elektromembran zur Filtration flüssiger Medien im elektrischen Feld, besonders als Kathode für die Elektromikrofiltration, Elektroultrafiltration und Elektronanofiltration, zur Verwendung als katalytische Membran, sowie zum wasserstofferzeugenden, kathodischen Betrieb mit gleichzeitiger katalytischer Reduktion aber auch zum sauerstofferzeugenden, anodischen Betrieb mit gleichzeitiger katalytischer Oxidation, sowie auch zur Trennung von Stoffen mit unterschiedlichen isoelektrischen Punkten. 8. Use of a ceramic-metal carrier produced according to the preceding claims Verbund as an electrical membrane for the filtration of liquid media in an electrical field, especially as cathode for electro microfiltration, electro ultrafiltration and Electronanofiltration, for use as a catalytic membrane, and for Hydrogen-producing, cathodic operation with simultaneous catalytic reduction, however also for oxygen-generating, anodic operation with simultaneous catalytic Oxidation, as well as for the separation of substances with different isoelectric Points.   9. Herstellung eines Keramik-Edelstahlgewebeverbundes nach den voranstehenden Ansprüchen, gekennzeichnet dadurch, daß den zur Herstellung der keramischen Schichten verwendeten Suspensionen 1-40% einer käuflichen Dispersion hydrophober Partikel, bevorzugt aus Polytetrafluorethylen zugegeben werden und die entstehende, vollständig oder einseitig hydrophobierte Membran als Gasdiffusionsmembran oder als Gasdiffusionselektrode verwendet wird.9. Production of a ceramic-stainless steel mesh composite according to the preceding claims, characterized in that used for the production of the ceramic layers Suspensions 1-40% of a commercially available dispersion of hydrophobic particles, preferably from Polytetrafluoroethylene are added and the resulting, complete or one-sided Water-repellent membrane as a gas diffusion membrane or as a gas diffusion electrode is used. 10. Herstellung eines Keramik-Edelstahlgewebeverbundes nach den voranstehenden Ansprüchen, gekennzeichnet dadurch, daß auf den hergestellten Keramik-Metallträger-Verbund zusätzlich eine Ionenaustauschermembran aufgebracht wird, wobei diese eine Polymermembran oder eine anorganische Zeolith-Membran sein kann.10. Production of a ceramic-stainless steel mesh composite according to the preceding claims, characterized in that in addition to the ceramic-metal carrier composite produced an ion exchange membrane is applied, this being a polymer membrane or can be an inorganic zeolite membrane. 11. Verwendung einer nach den Ansprüchen nach den voranstehenden Ansprüchen hergestellten Membran zur Beschleunigung von Trennvorgängen, gekennzeichnet dadurch, daß der elektrische Durchgangswiderstand des Trägermateriales zur Aufheizung der Membran während des Trennvorganges durch Anlegen einer Gleich- oder Wechselspannung genutzt wird und somit durch gezielte Membranaufheizung höhere Trennleistungen erzielt werden.11. Use of a manufactured according to the claims according to the preceding claims Membrane for accelerating separation processes, characterized in that the electrical volume resistance of the carrier material for heating the membrane used during the disconnection process by applying a DC or AC voltage and thus higher separation performance can be achieved through targeted membrane heating. 12. Verwendung einer nach den Ansprüchen nach den voranstehenden Ansprüchen hergestellten Membran als leicht zu reinigende Membran, gekennzeichnet dadurch, daß der elektrische Durchgangswiderstand des Trägermateriales zur Aufheizung durch Anlegen einer Gleich- oder Wechselspannung genutzt wird, bevorzugt außerhalb des Trennvorganges mit unbeaufschlagter Membran, um Ablagerungen auf der Membran, wie sie, bei einigen Trennaufgaben als Fouling bezeichnet, bei der Belegung von Katalysatoren als Vergiftung bezeichnet, auftreten, bei Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius zu verbrennen.12. Use of a manufactured according to the claims according to the preceding claims Membrane as an easy to clean membrane, characterized in that the electrical Volume resistance of the carrier material for heating by applying a DC or AC voltage is used, preferably outside of the separation process unstressed membrane to remove deposits on the membrane as they do in some Separation tasks referred to as fouling, when using catalysts as poisoning referred to occur, burn at temperatures of several hundred degrees Celsius. 13. Verwendung einer nach den Ansprüchen nach den voranstehenden Ansprüchen hergestellten Membran gekennzeichnet dadurch, daß die Membran als Separator in Batterien, besonders in wiederaufladbaren Batterien und als Diaphragma in Brennstoffzellen verwendet wird.13. Use of a manufactured according to the claims according to the preceding claims Membrane characterized in that the membrane as a separator in batteries, especially in rechargeable batteries and used as a diaphragm in fuel cells.
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