Die Nanofiltration (NF) ist ein druckgetriebenes Membranverfahren der Membranfiltration, das zwischen der Ultrafiltration (UF) und der Umkehrosmose (RO) angesiedelt ist. Sie dient zur Abtrennung von gelösten Stoffen – insbesondere kleiner organischer Moleküle und mehrwertiger Ionen – aus Flüssigkeiten. Die Porengröße der Nanofiltrationsmembranen liegt typischerweise im Bereich von 1 bis 10 Nanometern, was einer Molekülmasse-Grenze von etwa 200 bis 1.000 Dalton entspricht.
Funktionsprinzip
Bei der Nanofiltration wird das zu trennende Medium mit moderatem Druck (meist zwischen 5 und 40 bar) an einer halbdurchlässigen Membran vorbeigeführt.
- Wasser und kleine, ungeladene Moleküle können die Membran passieren (Permeat).
- Organische Moleküle mittlerer Größe, mehrwertige Ionen und Makromoleküle werden zurückgehalten (Retentat).
Die Trennleistung der Nanofiltration beruht sowohl auf Siebwirkung (Größenausschluss) als auch auf elektrostatischer Abstoßung (Donnan-Effekt). Dadurch lassen sich gezielt bestimmte Stoffgruppen abtrennen, während andere passieren können – ein Vorteil gegenüber der Umkehrosmose, die nahezu alle gelösten Stoffe zurückhält.
Eigenschaften von Nanofiltrationsmembranen
Nanofiltrationsmembranen bestehen häufig aus Polyamid-Verbundsystemen, zunehmend aber auch aus anorganischen Materialien wie Keramik.
Typische Eigenschaften sind:
- Selektive Rückhaltung von zweiwertigen Ionen (z. B. Ca²⁺, SO₄²⁻), bei teilweiser Durchlässigkeit für einwertige Ionen (Na⁺, Cl⁻)
- Effiziente Entfernung organischer Substanzen, Farbstoffe und Mikroverunreinigungen
- Hohe Wasserdurchlässigkeit bei moderatem Betriebsdruck
- Gute Beständigkeit gegen viele chemische und biologische Einflüsse
Anwendungsgebiete
Die Nanofiltration findet in zahlreichen industriellen und kommunalen Bereichen Anwendung, unter anderem bei:
- Trinkwasseraufbereitung (Härtereduktion, Pestizidentfernung, Desinfektionsnebenprodukte)
- Lebensmittelindustrie (Entfärbung von Zuckerlösungen, Fruchtsaftkonzentration, Molkeaufbereitung)
- Chemischer und pharmazeutischer Industrie (Produktkonzentration, Lösungsmittelrückgewinnung)
- Abwasser- und Prozesswasserbehandlung (Entfernung von Schwermetallen, organischen Spurenstoffen)
Zusammenfassung
Die Nanofiltration stellt ein energieeffizientes und selektives Membranverfahren dar, das eine fein abgestufte Trennung zwischen Ultrafiltration und Umkehrosmose ermöglicht. Dank ihrer präzisen Ionenselektivität und hohen Flussraten eignet sie sich hervorragend für Anwendungen, in denen hohe Reinheit und Ressourceneffizienz gefordert sind.
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