Oberflächen nach Maß
Oberflächen poröser Membranfilter
Funktionale Membranen für Wasseraufbereitung und Ressourcenschutz
Der Forschungsbereich entwickelt innovative Membrantechnologien zur Wasseraufbereitung und leistet damit einen Beitrag zu nachhaltiger Infrastruktur und Ressourcenschutz. Im Fokus stehen Lösungen zur Entfernung von Schadstoffen sowie zur effizienten Nutzung und Rückgewinnung von Ressourcen.
Dabei decken die Forschungsthemen die gesamte Wertschöpfungskette ab – von der Entwicklung nachhaltiger Membranmaterialien über deren funktionale Modifikation bis hin zur Integration in anwendungsnahe Systeme.
Entwicklung nachhaltiger Membranmaterialien
Materialien und Herstellungsverfahren
- Polymerbasierte Membranen für effiziente und selektive Stofftrennung
- Einsatz nachhaltiger Materialien und grüner Lösungsmittel
- Herstellung verschiedener Membrangeometrien, z. B. durch Phasenseparation
- Entwicklung von Alternativen zu fluorierten Polymeren und toxischen Verfahren
Funktionalisierung und intelligente Membransysteme
Oberflächenmodifikation und adaptive Funktionen
- Elektronenstrahlmodifizierung zur Hydrophilierung und Funktionalisierung
- Immobilisierung von Biomolekülen, Enzymen und Katalysatoren
- Entwicklung stimuli-responsiver Membranen (z. B. temperatur- oder pH-gesteuert)
- Integration von photokatalytischen und adsorptiven Funktionen
Von der Materialentwicklung zur Anwendung
Skalierung und Transfer
- Untersuchung von Transport-, Trenn- und Reaktionsmechanismen
- Entwicklung vom Labor- bis zum Pilotmaßstab
- Skalierbare Technologien für industrielle Anwendungen
- Zusammenarbeit mit akademischen und industriellen Partnern
Anwendungen in Wasseraufbereitung und Ressourcengewinnung
Entfernung von Schadstoffen und Rückgewinnung von Ressourcen
- Entfernung von Mikroschadstoffen (z. B. PFAS, Hormone, Arzneimittelrückstände)
- Filtration von Mikro- und Nanoplastik
- Einsatz in Membran-Bioreaktoren zur Rückgewinnung von Wertstoffen (z. B. Proteine)
- Beitrag zu Effizienzsteigerung und Nachhaltigkeit in der Wasseraufbereitung
Beitrag zu nachhaltigen Umwelttechnologien
Wirkung und gesellschaftliche Relevanz
- Beitrag zu sauberem Wasser und Ressourcenschutz
- Unterstützung nationaler und internationaler Nachhaltigkeitsziele, z. B. für die Kreislaufwirtschaft
- Entwicklung praktikabler und industriell umsetzbarer Lösungen
- Stärkung von Innovationen im Bereich Umwelttechnologien
Entwicklung nachhaltiger Membranmaterialien
Materialien und Herstellungsverfahren
- Polymerbasierte Membranen für effiziente und selektive Stofftrennung
- Einsatz nachhaltiger Materialien und grüner Lösungsmittel
- Herstellung verschiedener Membrangeometrien, z. B. durch Phasenseparation
- Entwicklung von Alternativen zu fluorierten Polymeren und toxischen Verfahren
Forschungsthemen im Überblick
Strahlinduzierte Modifizierungsreaktionen
Membraneigenschaften gezielt anpassen – von Hydrophilie bis chemischer Stabilität.
Implementierung in reale Anwendungen
Membransysteme zur Entfernung von Schadstoffen in der Wasseraufbereitung.
Ausgewählte Forschungsbeispiele
KI-gestützte Entwicklung funktionalisierter Membranen
Gezielt Schadstoffe binden statt trial-and-error
Die Funktionalisierung von Polymermembranen eröffnet neue Möglichkeiten, Schadstoffe gezielt aus Wasser zu entfernen. Die Herausforderung besteht darin, aus einer Vielzahl möglicher chemischer Modifikationen die effektivste auszuwählen.
Am IOM wird hierfür ein datengetriebener Ansatz verfolgt: Ein maschinelles Lernmodell kombiniert quantenchemische Daten mit experimentellen Prozessparametern, um optimale Funktionalisierungsstrategien vorherzusagen. Die Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit der Querschnittseinheit Modellierung und Simulation durchgeführt.
Ergebnis:
- deutlich effizientere Entwicklung neuer Membranmaterialien
- gezielte Auswahl optimaler Funktionalisierungen
- beschleunigte Materialentwicklung durch KI
PFAS-Entfernung durch UV-Katalyse
Persistente Schadstoffe gezielt abbauen
Per- und polyfluorierte Chemikalien (PFAS) gehören zu den problematischsten Schadstoffen in Wasser, da sie extrem stabil und kaum abbaubar sind. Gleichzeitig wächst der Bedarf, Wasserressourcen sicher wiederzuverwenden.
Am IOM werden gemeinsam mit Kooperationspartnern innovative UV-katalytische Verfahren entwickelt, um PFAS und andere Mikroschadstoffe zuverlässig abzubauen. Ziel ist es, Wasser so aufzubereiten, dass es auch für anspruchsvolle Anwendungen – etwa in der Landwirtschaft – wieder genutzt werden kann.
Ergebnis:
- wirksamer Abbau hochpersistenter Schadstoffe
- Grundlage für sichere Wasserwiederverwendung
- Beitrag zu nachhaltigen Wasserkreisläufen
Recycling von Membranmaterialien
Kreislaufwirtschaft für Hochleistungsmembranen
Membranfilter sind zentrale Komponenten moderner Wasseraufbereitung – ihre Herstellung ist ressourcenintensiv. Ziel ist es daher, Materialien am Ende ihrer Lebensdauer wiederzuverwerten.
Gemeinsam mit Kooperationspartnern werden neue Verfahren entwickelt, um Membranmodule in ihre Bestandteile zu zerlegen, aufzubereiten und erneut für die Herstellung leistungsfähiger Filter einzusetzen.
Am IOM liegt der Fokus auf der Entwicklung geeigneter Trenn- und Reinigungsverfahren sowie auf der Herstellung und Modifizierung neuer Membranen auf Basis der recycelten Materialien. Ergänzend werden KI-gestützte Methoden und ökologische Bewertungen eingesetzt, um nachhaltige und wirtschaftliche Lösungen zu entwickeln.
Ergebnis:
- Wiederverwertung hochwertiger Membranmaterialien
- Reduktion von Ressourcenverbrauch und Abfall
- Grundlage für nachhaltige Membranproduktion
