Membraantechnologie in een notendop

Veel mensen zien membranen als filters die kleine deeltjes doorlaten en grote deeltjes tegenhouden, en zo de ‘groten’ van de ‘kleinen’ scheiden. De eenvoud, en daardoor de veelzijdigheid, vormt de grote kracht van membranen. Zo worden ze tegenwoordig op grote schaal gebruikt om zout water om te zetten in zoet water en voor nierdialyse. Maar ook om gassen en dampen te scheiden in de petrochemische industrie, om bier helder te maken, om vruchtensappen in te dikken, om (industrieel) afvalwater te zuiveren, en om geneesmiddelen gecontroleerd toe te dienen. Membranen vormen ook een belangrijk onderdeel van brandstofcellen – als elektrolyt om geladen deeltjes tussen de elektroden te transporteren – en van chemische reactoren om selectief een reactieproduct af te vangen.

Membranen hebben doorgaans een poreuze structuur; ze bevat een poriën waar vloeistoffen of gassen doorheen kunnen stromen. De werking van zo’n membraan om te scheiden is in wezen heel simpel. Je brengt het mengsel dat je wilt scheiden aan één kant van het membraan, en zorgt dat de druk of de concentratie van het component dat door (de poriën van) het membraan kan, aan deze ene kant hoger is dan aan de andere kant. Het component dat door het membraan kan, zal dit nu ook daadwerkelijk doen onder invloed van het drukverschil. De andere componenten blijven achter of gaan met lagere snelheid door het membraan. En voilà … de scheiding is tot stand gebracht.

Wat bepaalt nu of een stof snel of langzaam door een membraan wordt getransporteerd – nog even los van het feit dat te grote deeltjes de porie niet inkomen? Dat is in de eerste plaats de structuur van het membraan. Je kunt je voorstellen dat een vloeistof of gas sneller door brede, rechte en korte poriën stroomt dan door lange, nauwe en bochtige poriën. Eenvoudigweg omdat in het laatste geval de transportweg langer is en de weerstand dus groter. Doorgaans bestaat een membraan uit een dunne, selectieve toplaag op een grofporeuze drager. Deze gaan naadloos in elkaar over (zoals bij veel soorten polymere membranen) of zijn voorzien van tussenlagen om een brug te slaan tussen een mechanisch sterke drager en een selectieve toplaag (zoals bij keramische membranen).