Design, fabrication and testing of support structures for biomimetic water filters

Behovet for teknologisk udvikling indenfor rensning af vand er massivt i disse tider og mulighederne for forskellige løsninger er talrige både indenfor traditionel omvendt osmose samt det nye felt direkte osmose. Omvendt osmose er et veletableret forskningsfelt og princippet bag omvendt osmose processen har været kendt længe: Et hydrostatisk tryk påtrykkes en opløsning med høj koncentration (for eksempel opløse salte) på den ene side af en semi-permeabel membran, og som følge af det påførte tryk presses vand gennem membranen imod den osmotiske gradient.

Det er energikrævende at generere et hydrostatisk tryk højt nok til modvirke den osmotiske gradient i omvendt osmose processer. Desuden stilles der høje krav til membran stabilitet samt saltafvisningsegenskaber, noget der kun til dels opfyldes i state-of-the-art membraner i dag. Direkte osmose anvender et osmotisk tryk som drivende kraft, men grundet af den relativt unge alder af dette forskningsfelt lider det af manglen på optimerede forsøgsopsætninger samt specialdesignede membraner.

Store fremskridt kan potentielt realiseres i dette forskningsfelt gennem udviklingen af nye højtydende membraner samt specialiserede forsøgsopstillinger. I denne henseende er Aquaporin baserede membraner en oplagt kandidat til en ny type højtydende membran. I denne afhandling præsenterer jeg udviklingen af støttemembraner og forsøgsopsætninger som muliggør den teknologiske udvikling indenfor Aquaporin baserede membraner til rensning af vand.

Udviklingen har været delt i to spor – det ene har omhandlet en membran til omvendt osmose, mens det andet har omhandlet en ny type flydende membran til direkte osmose. I udviklingen af en membran til omvendt osmose udviklede og optimerede jeg membranens støttestruktur samt forskellige eksperimentelle kamre til test af membraner.

Endvidere optimerede vi membranstabiliteten gennem indførslen af et porøst supportmateriale i støttestrukturen. Den endelige version af membranen til omvendt osmose ligner en tynd-film ”composite” membran, som det kendes fra klassisk omvendt osmose membranteknologi. I udviklingen af en flydende membran til direkte osmose var det nødvendigt at designe producere og teste et nyt multifunktionelt kammer til test af denne type membran.

For yderligere at undersøge samspillet mellem den flydende membran og dens umiddelbare omgivelser udviklede jeg en visualiseringsenhed. Udviklingen af en flydende membran til direkte osmose er en del af den igangværende forskning I Aquaporin A/S, hvorfor denne afhandling ikke inkluder faktiske data på aquaporin medieret vandfiltrering.