Wasseraufbereitung - Praktikum Physikalische Chemie - page 115

noch der osmotische Druck überwunden werden. In Abhängigkeit von der Konzen-
tration können 10 2 bis 10 3 bar erforderlich sein.
Zur Erklärung der Vorgänge bei der Membranfiltration gibt es zwei Modelle,
die jeweils als Grenzfälle anzusehen sind. Das sind die ideale Porenmembran
und die ideale Löslichkeitsmembran . Die ideale Porenmembran wirkt aufgrund
ihrer verschiedenen Porendurchmesser. Partikel, die größer sind als der maximale
Porendurchmesser der Membran, können diese nicht passieren. Mit dem Poren-
durchmesser ist auch die Trenngrenze der Membran gegeben, während die Poren-
größenverteilung die Trennschärfe beeinflusst. Porenmembranen arbeiten also wie
bei einer konventionellen Filtration nach dem Siebprinzip.
Die ideale Löslichkeitsmembran stellt eine homogene Polymerfolie dar, deren
Selektivität auf die verschiedenen Diffusionskoeffizienten und Konzentrationen der
Komponenten einer Flüssigkeit in der Membran zurückgeführt wird. Da es sich
meist um wässrige Lösungen handelt, wählt man solche Membranen aus, deren
Wasseraufnahmevermögen hoch ist, ihre Salzaufnahme dagegen sehr gering. Man
spricht von einer semipermeablen ( D halbdurchlässigen) Membran, wobei das Lö-
sungsmittel durch die Membran aufgenommen und schließlich durchgelassen wird.
Der Verteilungskoeffizient für die gelösten Stoffe (hauptsächlich Salze) zwischen
Membran und Lösungsmittel ist demgegenüber sehr klein. Derartige Membranen
werden zur Osmose bzw. Umkehrosmose eingesetzt. Ihr Arbeitsbereich bezüglich
der Teilchengröße liegt bei <10 6 cm. Membranen für die Umkehrosmose werden
meist aus Celluloseacetat, Polyamid oder Polyimid hergestellt.
An dieser Stelle sollen einige Bemerkungen zur Erscheinung der Osmo-
se/Umkehrosmose eingefügt werden. Stellen wir uns zunächst eine wässrige
Lösung vor, die durch eine gedachte Linie vom reinen Lösungsmittel Wasser
getrennt ist. Dann werden die Moleküle des gelösten Stoffes aufgrund ihrer ki-
netischen Energie (Brown'sche Bewegung) in das Wasser wandern. Gleiches gilt
für die Wassermoleküle, und zwar in beiden Richtungen. Bei endlichen Volu-
mina der beiden Ausgangsflüssigkeiten ist es nur eine Frage der Zeit, bis ein
vollständiger Konzentrationsausgleich erfolgt ist. Die stattfindende Diffusion kann
durch das 1. Fick'sche Gesetz beschrieben werden. Ersetzt man nun die gedachte
Trennlinie durch eine nur für das Lösungsmittel durchlässige ( D semipermeable)
Membran, dann bezeichnet man die erfolgende Diffusion als Osmose. Osmose
ist also der spontane Durchtritt eines Lösungsmittels durch eine im Idealfall nur
für das Lösungsmittel durchlässige Membran, die zwei Lösungen unterschiedli-
cher Konzentration oder eine Lösung von ihrem reinen Lösungsmittel trennt. Der
Lösungsmitteltransport geschieht makroskopisch immer in Richtung von der ver-
dünnten zur konzentrierten Lösung. Im Ergebnis steigen das Volumen und der
Druck (oder die Flüssigkeitssäule und damit auch der (hydrostatische) Druck) auf
der Seite der zunächst konzentrierten Lösung an. Dadurch wird in der Tendenz der
Rücktransport verstärkt. Der Vorgang läuft so lange ab, bis der Lösungsmitteltrans-
port durch die Membran in beiden Richtungen gleich ist. Dieser Zustand wird als
osmotisches Gleichgewicht bezeichnet. Es handelt sich dann um ein dynamisches
Gleichgewicht zwischen dem Verdünnungsbestreben einerseits und dem hydrostati-