Keramische Membranen

Trennung von Flüssigkeiten und Gasen.

Keramische Membranen sind poröse Werkstoffe. Sie dienen der Trennung von Flüssigkeiten und Gasen auf Basis von Grössenunterschieden der Poren.

Die Mikrofiltration arbeitet in einem Porenbereich von etwa 0.1 bis 1 Mikrometer. Die Ultrafiltration arbeitet mit Poren im Bereich von etwa 0.01 bis 0.1 Mikrometer.

Als Ausgangsmaterialien werden häufig Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder Titanoxid verwendet. Diese Materialien zeichnen sich durch hohe chemische und thermische Stabilität aus. Die Herstellung erfolgt durch Sintern feinkörniger keramischer Pulver unter kontrollierten Bedingungen. Durch gezielte Steuerung der Sinterparameter lassen sich Porengrösse, Porenvolumen und Oberflächenstruktur präzise einstellen.

Keramische Membranen besitzen eine mehrschichtige Struktur mit einem mechanisch stabilen Trägersubstrat. Darauf werden mehrere Schichten mit feinerer Porenweite aufgebracht. Diese Oberfläche, die eigentliche Membran, bestimmt die effektive Filtrationseigenschaft.

Der Flüssigkeitsstrom bewegt sich meist tangential zur Membranoberfläche (Tangentialstrom, Crossflow). Diese sogenannte Querstromfiltration reduziert Fouling und erhöht die Lebensdauer der Membran.

Mikrofiltrationsmembranen trennen typischerweise Bakterien, Zellfragmente und Schwebstoffe ab. Ultrafiltrationsmembranen halten Makromoleküle, Proteine und Kolloide zurück. Der transmembrane Druck liegt bei keramischen Membranen meist zwischen einem und fünf Bar. Die Reinigung kann durch Rückspülung oder chemische Mittel erfolgen.

Keramische Membranen besitzen eine sehr lange Standzeit. Sie werden in der Lebensmittelindustrie, der Biotechnologie und der Wasseraufbereitung eingesetzt. Im Vergleich zu polymeren Membranen zeigen sie geringere Alterung und bessere Temperaturbeständigkeit.

Stabilität

Vorteile

• Keramische Membranen eignen sich besonders gut für die Lebensmittelindustrie und Biotechnologie, da sie sich sehr gut reinigen lassen.
• Keramische Membranen sind mechanisch stabil und können bei höheren Temperaturen und in harschen chemischen Umgebungen eingesetzt werden.
• Keramische Membranen haben eine deutlich längere Lebensdauer als Polymermembranen.

Chemisch Inert

Keramische Membranen für die Filtration werden in der Regel aus Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid oder Titandioxid hergestellt. Diese Materialien sind chemisch stabil und leiten keine schädlichen Verbindungen in die Lebensmittel ein, auch nicht unter extremen pH- oder Temperaturbedingungen. Es ergibt sich so kein Risiko der Migration von Weichmachern, Monomeren oder Zusatzstoffen, wie es bei Polymermembranen besteht.

Beständig gegen Hitze

Keramische Membranen können mit Dampf oder aggressiven Chemikalien (z. B. NaOH, H₂O₂) sterilisiert werden, was das Risiko einer mikrobiellen Kontamination minimiert. Auch nach wiederholten Reinigungszyklen kein Abbau oder Bildung schädlicher Nebenprodukte.

Weniger Biofilm

Keramische Oberflächen sind wegen ihrer extrem guten Reinigbarkeit weniger anfällig für Biofouling.

Langlebig

Geschätzte Lebensdauer (5-10+ Jahre) bei gleichbleibender Leistung. Geringeres Risiko von Integritätsverletzungen und geringeres Risiko einer unerwarteten Verunreinigung.

Laborsysteme

Messinger Engineering entwickelt und verkauft Laborsysteme mit keramischen Membranen

→ Keramik-Test-System CM-1

Enorme Vorteile bei der Reinigung

Es ist die chemische → Reinigung (CIP, cleaning in place), die die Lebensdauer der Membranen verkürzt. Keramische Membranen ermöglichen eine viel bessere und nachhaltigere Reinigung als Polymermembranen. Keramikmembranen werden nicht chemisch zersetzt wie Polymermembranen. Sie haben eine viel längere Lebensdauer, selbst unter sehr harten Reinigungsbedingungen. Aufgrund ihrer mechanischen, chemischen und thermischen Stabilität können sie bei höheren Temperaturen und damit mit weniger Chemikalien gereinigt werden (→ Arrhenius-Gleichung ). Da die Membranen bei höheren Temperaturen gereinigt werden, sind keine Enzyme erforderlich, was sich positiv auf die Kosten und die Lebensmittelsicherheit auswirkt.

Temperaturkontrolle beim Heizen, Kühlen

Aufheiz- oder Abkühlphasen sollen nicht zu abrupt durchgeführt werden, sonst entstehen thermische Spannungen, die Risse im Keramikelement verursachen können.