Die Membrantrennung ist eine Technik, die in Wissenschaft und Industrie verwendet wird, um Substanzen aus einem Gemisch zu trennen, indem dieses Gemisch durch eine poröse Membran gefiltert wird. Der zu filternde Stoff kann entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Die Membrantrennung hat viele praktische Anwendungen, einschließlich der Wasserfiltration und der Herstellung konzentrierter Lösungen. Die wichtigsten Arten von Membrantrennverfahren sind Umkehrosmose, Nanofiltration, Ultrafiltration und Mikrofiltration.
Wenn eine Zufuhrlösung oder ein Gas unter hohem Druck durch eine poröse Membran geleitet wird, durchdringen bestimmte Substanzen aus dieser Mischung die Membran in den Bereich niedrigeren Drucks, andere Substanzen können dies jedoch nicht. Die Konsistenz und chemische Zusammensetzung der Membran bestimmt, welche Materialien sie durchdringen. Beispielsweise neigt eine Membran mit größeren Poren dazu, große und kleine Partikel einzulassen, während eine Membran mit kleineren Poren die größeren Partikel ausschließt. In ähnlicher Weise könnte eine Membran mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung so konstruiert sein, dass sie bestimmte Verbindungen chemisch herausfiltert.
Bei der Umkehrosmose befinden sich zwei Lösungen auf gegenüberliegenden Seiten der Membran – eine stärker konzentriert und die andere wässriger oder weniger konzentriert. Die natürliche Tendenz des Wassers, von einem Bereich niedriger Konzentration zu einem Bereich hoher Konzentration zu diffundieren, wird durch Druck auf die hochkonzentrierte Lösung umgekehrt. Dadurch fließt Wasser aus der hochkonzentrierten Lösung über die Membran, wodurch diese Lösung durch die Wasserentfernung noch konzentrierter wird. Kondensmilch und andere kondensierte Produkte können durch dieses Verfahren hergestellt werden.
Nanofiltration wird typischerweise in der Aufbereitung von Wasser verwendet, um seinen salzigen Geschmack oder unerwünschten Mineralgehalt zu entfernen. Diese Methode entfernt Salze wie Natrium und Kalium aus der Flüssigkeit. Membranen, die bei der Nanofiltration verwendet werden, haben eine etwas größere Porengröße als solche, die bei der Umkehrosmose verwendet werden.
Ultrafiltration und Mikrofiltration werden verwendet, um größere Partikel abzutrennen und kleinere Partikel durch die Membran zu lassen. Viren, Bakterien und Schwebstoffe werden durch diese großporigeren Membranen ausgeschlossen. Häufig wird Ultrafiltration oder Mikrofiltration in Verbindung mit einer feineren Filtrationsmethode als Teil eines gesamten industriellen Prozesses verwendet.
Viele Industrien verwenden die Membrantrennung als Teil ihres Routinebetriebs. Beim Betrieb von Kesseln ist es beispielsweise wichtig, schädliche Salze und Mineralien zu entfernen, die Kesselstein oder Korrosion im Quellwasser verursachen könnten. Die Membrantrennung kann auch zur Rückgewinnung chemischer Verbindungen aus einem Abfallstrom verwendet werden. Die Entsalzung ist ein weiteres Verfahren, bei dem die Membrantrennung zur Gewinnung von hochwertigem Trinkwasser weit verbreitet ist.