In den unterschiedlichsten Bereichen werden poröse Sinterwerkstoffe aus Glas als Filter eingesetzt. Der Vorteil besteht in der guten chemischen Beständigkeit und dem möglichen Einsatz in einem großen Temperaturbereich. Die Anwendungen reichen von der Wasseraufbereitung, über die Lebensmittelfiltration bis hin zur Heißgasfiltration.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Zusammenhang zwischen der Porenstruktur der Filter und der Filtrationsleistung herzustellen. Die Arbeit setzt sich grundsätzlich aus zwei Teilen zusammen. Im ersten Teil werden Glasfilter aus Borosilikatglas und Quarzglas hergestellt. Dabei werden Kapillarsuspension als Ausgangsstoff eingesetzt. Durch das Entbindern der Kapillarsuspensionspasten und das Sintern der daraus entstandenen Grünkörper entstehen Sinterwerkstoffe, die hochporös sind und sich daher besonders gut für Filtrationen eignen sollten. Zur Einstellung der Poren der Glasfilter werden die Sinterbedingungen variiert. Neben den herkömmlichen Glasfilterscheiben werden asymmetrischen Glasmembranen hergestellt. Diese bestehen im Wesentlichen aus zwei Schichten: einem grobporigen Substrat (Stützschicht) und einer dünnen Membranschicht (Trennschicht), die auf dem Substrat aufgebracht wird. Ein solcher Aufbau ermöglicht eine Filtration mit einem geringen Filtrationswiderstand bei einer hohen Trennleistung. Im nächsten Schritt werden die Porosität und die Porenstruktur der Glasfilter charakterisiert. Dies erfolgt mit Hilfe von Archimedes-Waage sowie durch die Bestimmung des Blasenpunkts und der Permeabilität.

Geeignete Filter werden anschließend im zweiten Teil der Arbeit für Filtrationstests verwendet. Zu den zu filtrierenden Materialien zählen monomodale Polystyrol-Partikel mit unterschiedlichen Partikelgrößenverteilung, Hefezellen sowie Milchsäurebakterien. Die Filtrationen sollen mit Hilfe einer Drucknutsche in einem Cross-Flow-Betrieb erfolgen. Dabei werden Volumenstrom, Konzentration der zu filtrierenden Suspensionen und der Filtrationsdruck so angepasst, dass die Bildung der Filterkuchen geringgehalten werden kann. Zur Beurteilung der Filtrationsleistung der Glasfilter werden die Trenngrenze durch die Trübungsmessung der Filtrate und die Analyse der Partikelgrößenverteilung im Filtrat bestimmt.

Die Ergebnisse sollen abschließend in Form einer schriftlichen Ausarbeitung sowie in einem unbenoteten Seminarvortrag dargestellt werden.

a.  Partikel-Netzwerk in einer Kapillarsuspension  -  Quelle: BOSSLER, Frank; KOOS, Erin. Structure of particle networks in capillary suspensions with wetting and nonwetting fluids. Langmuir, 2016, 32. Jg., Nr. 6, S. 1489-1501.
b.  Porenstruktur eines Glasfilters, der auf Basis von Kapillarsuspensionen hergestellt wird  -  Quelle: MAURATH, Johannes, et al. Fabrication of highly porous glass filters using capillary suspension processing. Separation and Purification Technology, 2015, 149. Jg., S. 470-478.
c.  Unterschiedliche Filterscheiben
d.  Drucknutschen für die Filtrationstests
e.  Versuchsaufbau für die Filtrationstests