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Mikrosiebe Durch Poren im Sub-Mikrometerbereich effizient filtrieren

| Autor / Redakteur: Werner A. Goedel* / Dipl.-Medienwirt (FH) Matthias Back

Mikrosiebe sind poröse, dünne Membranen mit einheitlicher Porengröße und hoher Porosität. Sie zeichnen sich durch eine hohe Trennschärfe und einen sehr niedrigen Strömungswiderstand aus – zahlreiche Anwendungen nicht nur in der Pharma- oder Reinraumtechnik sind daher denkbar.

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Abb. 1: Zeitintensives Ärgernis für Frühaufsteher – ein Kaffefilter mitsamt Filterkuchen auf der Oberfläche hat im Gegensatz zu einem (Mikro-) Sieb einen nicht zu vernachlässigenden Strömungswiderstand.
Abb. 1: Zeitintensives Ärgernis für Frühaufsteher – ein Kaffefilter mitsamt Filterkuchen auf der Oberfläche hat im Gegensatz zu einem (Mikro-) Sieb einen nicht zu vernachlässigenden Strömungswiderstand.
(Bild: Michael Schütz/Fotolia)

Schon die Umgangssprache unterscheidet zwischen „Filter“ und „Sieb“: Ein Kaffeefilter besteht aus verfilzten Zellstofffasern. Zwischen diesen Fasern bestehen uneinheitliche Zwischenräume einer Größe viel kleiner, als die Dicke des Filters. Flüssigkeiten oder Gase können durch diese Zwischenräume hindurch gelangen, Partikel hingegen werden zurückgehalten. Wie jeder Frühaufsteher mit Zeitknappheit leidvoll zu berichten weiß, hat ein Kaffeefilter einen nicht zu vernachlässigenden Strömungswiderstand: Dieser erhöht sich noch um ein Vielfaches, wenn sich erst einmal auf seiner Oberfläche ein Filterkuchen aufgebaut hat. Genau betrachtet, ist das filtrierende Medium beim Kaffeekochen gar nicht der Papierfilter, sondern der sich aufbauende Filterkuchen.

Ein Teesieb hingegen, aus rostfreiem Stahldraht gewoben, besitzt einheitliche Löcher die viel größer sind, als die Dicke des Siebes. Sein Strömungswiderstand ist vernachlässigbar – die Zeitlimitierung des Teebereitens ist die Zeit des Ziehenlassens, nicht die der Filtration. Zur Kaffeebereitung ist ein Teesieb allerdings ungeeignet. Seine Öffnungen sind viel zu grob, um fein gemahlenen Kaffee zurückzuhalten.

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Um feine Partikel mit geringem Filtrationswiderstand und hoher Trennschärfe zurückzuhalten, wurden Mikrosiebe entwickelt, d.h. Siebe mit sehr kleinen einheitlichen Poren, deren Durchmesser meist im Sub-Mikrometerbereich liegen [1].

Mikrosiebe – kleine Strukturen mit großen Vorteilen

Aufgrund ihrer geringen Dicke und der Einheitlichkeit ihrer Poren haben Mikrosiebe einen sehr niedrigen Filtrationswiderstand. Folglich kann man mit einem sehr geringen Druckabfall über dem Mikrosieb arbeiten und kann somit mit kleinen Pumpen und einem geringeren Energieaufwand auskommen. Weiterhin haben Mikrosiebe eine glatte Oberfläche und weisen keine verzweigten oder konische Poren und Kanäle auf. Diese Eigenschaften, zusammen mit dem geringen notwendigen Druckabfall über dem Sieb bewirken, dass man einen sich aufbauenden Filterkuchen leicht durch Querstromfiltration fortspülen kann [2]. Zusätzlich erlaubt der geringe Filtrationswiderstand ein effizientes Rückspülen mit Filtrat bzw. Gasblasen, wodurch weiterhin die Bildung von Filterkuchen und Ablagerungen reduziert wird [3]. Somit konnten Mikrosiebe erfolgreich in Molkereien und Brauereien zur Filtration von Milch und Bier eingesetzt werden [4 – 5]. Zum Beispiel gelang es durch ein Mikrosieb unter Verwendung eines Druckunterschieds von weniger als < 0,2 bar, in einer Querstromfiltration mehr als 10 000 L/m2 zu filtrieren, ohne dass es im Laufe dieser Filtration zu einer Abnahme des Flusses gekommen wäre [4].

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