Metalloxid-Adsorbenzien-Komposit-Membranen: Entfernung von organischen Stoffen mit niedrigem Molekulargewicht und Spurenschadstoffe bei der Wasser Wiederverwendung für die Herstellung von Reinstwasser in der Halbleiterindustrie

• Antragstellerin: Professorin Dr. Andrea Iris Schäfer
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567047572

Die Herstellung von Halbleitern erfordert große Mengen an Reinstwasser (UPW). In Zeiten von globaler Wasserknappheit kann Wasser Wiederverwendung die Wasserverfügbarkeit erhöhen. Korea, wie auch in Deutschland sind führende Standorte für technologischen Innovationen in der Halbleiterherstellung. Umkehrosmose (RO) wird aufgrund dem guten Rückhalt von Ionen, gelösten organischen Stoffen und Mikroverunreinigungen in der UPW Produktion angewandt. Dennoch kann das RO-Permeat in der Wasserwiederverwertung die strengen Richtlinien für die Wasserqualität von UPW nicht erfüllen. Dies stellt eine enorme Herausforderung für die Industrie dar. Bei der Behandlung von Oberflächenwasser mit der Umkehrosmose werden die Richtlinien eingehalten, was darauf hindeutet, dass die Eigenschaften der organischen Stoffe im wiederverwendeten Abwasser und im Oberflächenwasser sehr unterschiedlich sind. MOREWA hat zum Ziel, i) die organischen Stoffe mit niedrigem Molekulargewicht (organische Stoffe aus dem Abwasser) und die wichtigsten Mikroverunreinigungen (Dioxine, Steroidhormone, Phenole, kurzkettige PFAS und andere Gruppen) im RO-Permeat zu charakterisieren und identifizieren, die möglicherweise zur Nichteinhaltung der UPW-Richtlinien führen, ii) neue Adsorptionsmaterialien auf der Grundlage von Metalloxid-Aktivkohle Materialien zu entwickeln, und iii) die Adsorptionsmaterialien mit geeigneten Membranen (Ultra- und Nanofiltration) in einen kontinuierlichen Prozess zu integrieren. Die größte Herausforderung von MOREWA besteht darin, die für die Adsorption von niedermolekularen organischen Stoffen und Mikroverunreinigungen verantwortlichen Mechanismen zu ermitteln. Die Verbesserung der Adsorption und die Verringerung der Interferenz durch niedermolekulare Stoffe stellen Einschränkungen für die Adsorptionskinetik dar. Beim Entwurf eines integrierten Membransystems kann der Stofftransport - und damit die beobachtete Kinetik - verbessert werden, während Adsorbentien benötigt werden, die LMW-Organismen mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften auffangen. Hochempfindliche Analyseinstrumente wie LC-MS/MS und LC-OCD/OND werden eingesetzt, um die Problemstoffe in RO-Permeaten zu identifizieren. Die Zusammenarbeit zwischen Korea und Deutschland ist synergetisch. Die Herstellung neuer Adsorbentien ist das Fachwissen der koreanischen Gruppe, während die Integration von Adsorbentien in Membranen die Kernkompetenz des deutschen Partners ist. Die leitenden PIs Choo und Schäfer verfügen über langjährige Erfahrung und Netzwerke in der Charakterisierung und Entfernung organischer Stoffe. MOREWA wird sich der Herausforderung stellen, die extrem hohen Wasserqualitätsstandards für UPW in der Halbleiterindustrie zu erfüllen, und strebt danach, die Fähigkeit von Wasserwiederverwendungsprozessen zu verbessern, Wasser für die Halbleiterherstellung verfügbar zu machen und idealerweise den Verbleib dieses hochwertigen Wassers im Prozesskreislauf zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Partnerorganisation: National Research Foundation of Korea, NRF
• Mitverantwortlich(e): Dr. Martyna Krajewska, Ph.D.
• Kooperationspartner: Professor Kwang-Ho Choo, Ph.D.