Self-assembled molecular sieve-membranes

• Applicant: Professor Dr. Bernd Tieke
• Subject Area: Physical Chemistry of Solids and Surfaces, Material Characterisation
• Term: from 2002 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5388938

• Final Report Year: 2009

Final Report Abstract

Durch alternierende elektrostatische Adsorption (Selbstorganisation) von geladenen Makrozyklen (Hexacyclen, Hexacyclen-N-hexaessigsäure, Per-6-amino-a- und -ß-Cyclodextrin) und entgegengesetzt geladenen Polyelektrolyten (Polystyrolsulfonat (PSS), Polyvinylsulfat (PVS), Polyvinylamin (PVA)) konnten neue hochselektive Trennmembranen hergestellt werden. Membranen aus Hexacyclen und PVS erwiesen sich als gut geeignet zur Wasserentsalzung unter Nanofiltrationsbedingungen. Membranen aus PVA und Hexacyclen-N-hexaessigsäure sind zur Trennung von Metallionen unter Dialysebedingungen gut geeignet und zeigen einen hohen Salzrückhalt unter Reversosmosebedingungen. Der Gesamtfluss ist dreieinhalb Mal höher als bei reinen Polyelektrolytmembranen, sodass die Membranen deutlich effektiver sind. Membranen aus Per-6-aminocyclodextrinen und PSS zeigen einen selektiven im Transport unterschiedlich großer Moleküle, die auf einen Siebeffekt hindeutet, doch wird dieser eher durch die engmaschige Membranstruktur als durch die Größe der Cyclodextrinderivate bestimmt. Ferner wurden Blendmembranen durch alternierende Adsorption von Polyallylamin (PAH) und Mischungen aus PSS und Polyacrylsäure (PAA) hergestellt. Ist das Mischungsverhältnis 1:1, zeigen sie eine verbesserte Anionentrennung und einen erheblich höheren Salzrückhalt unter RO-Bedingungen als Membranen aus PAH/PSS bzw. PAH/PAA. Gründe hierfür liegen im Einbau undissoziierter Anteile von PAA, die später unter Arbeitsbedingungen der Membran dissoziieren und zu einem verstärkten Ionenrückhalt führen.

Publications

• Electrostatic Layer-by-Layer-Assembly of Ultrathin Film and Membranes Containing Hexacyclen and p-Sulfonatocalix[n]arene Macrocycles and Their Application for Highly Efficient Ion Separation, Köln 2007
  Ashraf El-Hashani
  
• Layer-by-layer assembled films and ion separation membranes based on 18-azacrown-6 and anionic polyelectrolytes. 11. Aachener Membran-Kolloquium, 28-29.3.2007, Aachen (Poster)
  A. El-Hashani, A. Toutianoush, B. Tieke
  
• Layer-by-Layer assembled membranes of protonated 18-azacrown-6 and polyvinylsulfate and their application for highly efficient anion separation. J. Phys. Chem. B 111 (2007) 8582
  A. El Hashani, A. Toutianoush, B. Tieke
  
• Schicht-für-Schicht-organisierte Trennmembranen aus Polyelektrolyten und Makrozyklen. Kolloquium Makromolekulare Chemie, 11.6.2007, Universität Marburg
  B. Tieke
  
• Ion-Selective Membranes Prepared Upon Layer-by-Layer Assembly of Hexacyclen-hexaacetic Acid and Polyvinylamine.11th European Conference on Organized Films, 9.-11.7.2008, Potsdam (Poster)
  K. Hoffmann, B. Tieke
  
• Ion-Selective Membranes Prepared Upon Layer-by-Layer- Assembly of Hexacyclen-hexaacetic Acid and Polyvinylamine. Macro- and Supramolecular Architectures and Materials: Synthesis, Properties and Applications, 7.9.- 11.9.2008, Düsseldorf (Poster)
  K.Hoffmann, B. Tieke
  
• Ionenselektive Nanofiltrationsmembranen auf Basis von Azamakrozyklen und Polyelektrolyten. Makromolekulares Kolloquium, 28.2.-1.3.2008, Freiburg, Poster
  K. Hoffmann, A. El-Hashani, A. Toutianoush, B. Tieke
  
• Multilayered films based on macrocyclic polyamines, calixarenes and cyclodextrins and transport properties of the corresponding membranes. Thin Solid Films 516 (2008) 8814
  B. Tieke, A. El Hashani, A. Toutianoush, A. Fendt
  
• Use of layer-by-layer assembled ultrathin membranes of dicopper-[18] aza-crown-N6 complex and polyvinylsulfate for water desalination under nanofiltration conditions. J. Membr. Sci. 318 (2008) 65
  A. El Hashani, A. Toutianoush, B. Tieke
  
• Electrostatic layer-by-layer fabrication of ultrathin separation membranes, in “Bottom-up Nanofabrication: Supermolecules, Self-Assemblies and Organized Films”, (K. Ariga, H. S. Nalwa; Herausgeber), Bd. 5 “Organized Films”, American Scientific Publishers, Stevenson Ranch, California 2009, S. 201-217
  A. Toutianoush, B. Tieke
  
• Layer-by-layer assembled membranes containing hexacyclenhexaacetic acid and polethyleneimine-N-acetic acid and their ion selective permeation behaviour. J. Membr. Sci. 341 (2009) 261
  K. Hoffmann, B. Tieke
  
• Polyelectrolyte Blend Multilayer Membranes for Ion Separation and Controlled Drug Release. 5. Zsigmondy Kolloquium, 16.-17.3.2009, Bayreuth (Poster)
  K.Hoffmann, B. Tieke
  
• Ion-selective membranes prepared upon layer-bylayer-assembly of azamacrocycles and polyelectrolytes. Macromol. Symp.
  K. Hoffmann, A. El-Hashani, B. Tieke