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Dokumentenidentifikation DE102004051914A1 27.04.2006
Titel Nickelsubstrate und Nickelschaum für die Herstellung von keramischen Separatormembranen und Anlagen der Separatortechnologie. Ultrafiltrationsanlagen für Endverbraucher
Anmelder Fuel Cell Ceramic GmbH, 84427 Sankt Wolfgang, DE
Erfinder Friedrich, Mike, Dipl.-Ing., 84427 Sankt Wolfgang, DE
DE-Anmeldedatum 26.10.2004
DE-Aktenzeichen 102004051914
Offenlegungstag 27.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.2006
IPC-Hauptklasse B01D 71/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B01D 69/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B01D 61/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C02F 1/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C02F 1/48(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C02F 1/62(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Der Kern der vorliegenden Erfindung ist die Idee, dass die Verwendung von Nickel für die Substratherstellung und die Fertigung der Zwischenschichten für keramische Ultrafiltrationsmembranen den vom Markt gewünschten Kostenerwartungen entsprechen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Verwendung einer universell anwendbaren Membrantechnologie, sehr lange Lebensdauer und die Lösung des Fouling und Reinigungsproblems der Separatorindustrie. Sie ermöglicht weiterhin die Erschließung eines erheblichen Marktes mit einem Potenzial von 1 bis 2 Mrd. Euro pro Jahr.
Die vorliegende Erfindung ist ein Durchbruch in der Separatortechnologie und macht Wasserreinigung für jeden und überall erschwinglich.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung stellt einen neuen Stand der Separatortechnologie, insbesondere im Bereich der Ultrafiltration von Wasser, dar. Grundlagen der vorliegenden Erfindung sind die besonders kostengünstig herzustellenden Nickelschäume und Nickelsubstrate als Träger und Zwischenschichten für Ultrafiltrationsmembranen. In den meisten Metropolen schreibt des Gesetzgeber lediglich eine Reinigungsstufe vor, obwohl dies zu Restbelastungen des Brauchwassers führt. Mit der vorliegenden Erfindung wird es möglich sein, häusliches Brauchwasser beim Verbraucher kostengünstig nachzureinigen oder kommunale Wasserversorger mit besserer Separatortechnologie zu versorgen.

Die vorliegende Erfindung betrifft Substrate aus hochporösen Nickelfolien und Nickelschaum für Separatormembranen, insbesondere für keramische Separatormembranen für die Ultrafiltration von Wasser. Nickelschaum kommt insbesondere für die Medienführung und die Einhausung zum Einsatz. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die marktgerechte Konstruktion von Separatoren und einen Marktdurchbruch für die keramischen Separatormembranen. Mit der Verwendung von ferromagnetischem und elektrisch leitfähigem Nickel kann die Foulingneigung deutlich verringert und die Reinigungsmöglichkeiten deutlich verbessert werden. Weitere Vorteile sind in den einfachen Fertigungsverfahren und der unkomplizierten Konstruktion und in der Möglichkeit der gezielten Beeinflussung der Morphologie zu sehen. Erstmals liegt mit der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit vor, eine universell einsetzbare Membran für alle Anwendungen zu schaffen.

Separatormembranen müssen ein bestimmtes Anforderungsprofil erfüllen, um für die vorgesehenen Aufgaben geeignet zu sein. Stand der Technik sind Polymermembranen mit 90 % Marktanteil und keramische Membranen mit 10 % Marktanteil. Geringe Lebensdauer, Empfindlichkeit gegen hohe Temperaturen und aggressive Medien der Polymermembranen sind Ursachen für den Bedarf nach keramischen Membranen. Keramikmembranen erfüllen zwar die technischen Anforderungen, sind jedoch doppelt so teuer wie Polymermembranen. Weder mikrotubuläre noch gewellte Membranen konnten dem Kostendruck gerecht werden. Aus diesem Grund bleibt die keramische Membran eine Nischenanwendung.

Eine marktgerechte Alternative liegt in der vorliegenden Erfindung vor, die Nickelschaum für die Medienführung, das Membransubstrat poröse Nickelfolien als Zwischenschichten verwendet. Die so hergestellten Membranmodule werden den Polymermembranmodulen aufgrund ihres Preis-Leistungsverhältnisses weit überlegen sein, und deshalb einen beträchtlichen Markterfolg erzielen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand deshalb darin, Membransubstrate aus einem Material bereitzustellen, mit welchem das Anforderungsprofil besser als mit Polymeren oder Keramik erfüllt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein hochporöses foliengegossenes Karbonylnickelsubstrat, auf das eine wenige Mikrometer dicke Keramikfolie appliziert wird. Die Medienführung besteht aus speziell geprägten Nickelschäumen, welche die Substrate tragen Diese Werkstoffkombination ermöglicht eine Edelstahleinhausung und geringe thermisch induzierte Spannungen.

Die erfindungsgemäßen Substrate für generelle Anwendungen im Bereich der Flüssigseparation bestehen aus Nickel, insbesondere Karbonylnickel, die über Beschichtungsverfahren insbesondere dem Foliengießen über die Schlickerroute, insbesondere mithilfe wässriger Schlicker, hergestellt wird. Die erfindungsgemäßen Nickelschäume werden einem besonderen Prägeverfahren unterzogen und enthalten den elektrischen Anschluss für die Erwärmung und Reinigung des Separatormodules.

Der erfindungsgemäße Einsatz von metallischem Werkstoff anstelle von polymeren und keramischen Werkstoffen zur Herstellung von Separatormembransubstraten stellt eine Abkehr von etablierten Lösungen und eine Überwindung von Herausforderungen in den Bereichen Preis und Leistung dar.

Die erfindungsgemäßen Substrate aus Nickel können durch keramische Formgebungsverfahren, wie beispielsweise Foliengießen, Tauchen, Gießen, Pressen, Spritzen und Heißisostatisches Pressen, hergestellt werden.

Die erfindungsgemäßen Membransubstrate und Nickelschaumformteile erlauben eine deutliche Kostenreduzierung in der Separatortechnologie.


Anspruch[de]
  1. Substrate für Separatormembranen, insbesondere für keramische Separatormembranen für die Ultrafiltration von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff Nickel für die Substrate und Zwischenschichten eingesetzt wird.
  2. Substrate für Separatormembranen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate aus geprägtem Nickelschaum und die Zwischenschichten aus hochporösen gesinterten Nickelschichten bestehen.
  3. Substrate für Separatormembranen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht auf das Schaumsubstrat mittels Tauchen, Laminieren einer Folie, Spritzen, abscheiden, oder ähnlichen Verfahren appliziert wird. Die keramische Membran wird auf die Zwischenschicht mittels Abscheiden, Laminieren einer Folie, Tauchen, Spritzen, oder ähnlichen Verfahren appliziert.
  4. Separatormembranen und Separatormodule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Separatormodul mittels einer elektrischen Stromquelle, die an das Nickelsubstrat angeschlossen wird, erhitzt wird, um Verunreinigungen zu eliminieren.
  5. Separatormembranen und Separatormodule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines magnetischen Feldes, das an das Nickelsubstrat angelegt wird, eine weitere Reinigung des Wassers (zum Beispiel Eisen, Kobalt, Nickel, etc.) vorgenommen werden kann. Ferner können magnetische Felder verwendet werden um Fouling zu reduzieren.
  6. Substrate für Separatormembranen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Karbonylnickelpulver unterschiedlicher Kettenlänge verwendet wird, mit denen wässrige Suspensionen für die Formgebung der Zwischenschichten hergestellt werden.
  7. Substrate für Separatormembranen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit diesen Separatormembranen Wasseraufbereitungsanlagen für den Haushalt der Endverbraucher und große Wasseraufbereitungsanlagen für kommunale sowie private Netzbetreiber gefertigt werden.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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