Nanopartikelbasierte Beschichtungen für die antimikrobielle Funktionalisierung von Umkehrosmose-Kompositmembranen

Abstract

Die Umkehrosmose hat sich in den vergangenen Jahrzehnten als Stand der Technik für die Brack- und Meerwasserentsalzung etabliert. Ein erheblicher Nachteil von membranbasierten Trennverfahren ist ihre Anfälligkeit für Biofouling. Beschichtungen auf Nanopartikelbasis gelten als vielversprechender Ansatz für die antimikrobielle Funktionalisierung von Oberflächen. Nanopartikel weisen aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche einzigartige Eigenschaften auf, die komplexe Wechselwirkungen mit biologischen Systemen ermöglichen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden antimikrobielle Beschichtungen auf Basis von Metall- und Kohlenstoffnanopartikeln entwickelt und hinsichtlich ihrer anwendungsspezifischen Eignung bewertet. Neben nasschemischen Kopplungsstrategien wurden erstmals auch vakuumbasierte Beschichtungsverfahren systematisch für Membrananwendungen erprobt. Die beschichteten Polymeroberflächen wurden materialwissenschaftlich charakterisiert und anwendungsorientierten Leistungstests unterzogen.

In the past years, reverse osmosis (RO) has become the most important technique for treating salt and brackish water. A serious drawback of RO membranes is their susceptibility to fouling processes. Nanoparticle-based coatings are a promising approach for the antimicrobial functionalization of surfaces. Due to their high specific surface are, nanoparticles have unique physical and chemical properties that enable complex interactions with biological systems. Within the scope of this work, antimicrobial coatings based on metal and carbon nanoparticles were developed and evaluated for their application-specific suitability. Besides wet-chemical immobilization strategies, vacuum-based coating processes were systematically investigated for the first time in the context of membrane applications. The coated polymer surfaces were characterized extensively in terms of material-scientific standard methods and subjected to application-oriented performance tests.