Membraner af affaldsplast

Membraner af affaldsplast Charlotte Høgedal 27-05-2014

Side 1 af 37

Tittelblad Forsidebillede: Forsidebilledet er fra [1] Overordnet projekttitel: Polymerteknologi Projektemne: Membraner baseret på affaldsplast til sikring af rent drikkevand Projektperiode: P4, 03.02.2014-27.05.2014 Projektets tittel: Membraner af affaldsplast Trykkeår: 2014 Gruppe ID: K4-4-F14 Universitet: Aalborg Universitet Esbjerg Vejleder: Henrik Tækker Madsen Forfatter: Charlotte Høgedal Side 2 af 37

Side 3 af 37

Abstract The lack of clean water increases, the same does the amount of plastic waste. An attempt to find a solution for both problems is to use plastic waste to produce membranes for filtration of water. This report examines the possibility to produce a membrane for microfiltration out of plastic waste from packing materials. The plastic used is polyethylene, polypropylene and polyethylene terepthalat. The method selected was phase inversion by immersion precipitation. It was not possible to dissolve the polymer. The dissolving of the polymer was tested in different kinds of solvents with no luck. A theoretic solution to the problem was examined. Though it was not possible to produce a membrane out of polymer waste in this project it cannot be concluded that it is not possible at all. Forord Projektet er udarbejdet som et 4. semesters projekt på kemi- og bioteknologilinjen på Aalborg Universitet i Esbjerg. Formålet med projektet er at konstatere om det er muligt at fremstille membraner, til mikrofiltrering af vand, af affaldsplast fra emballageaffald. Derudover vurderes, hvilke parametre der har indflydelse på processen. Rapporten indeholder en problemanalyse, en forsøgsdel samt diskussion, konklusion og perspektivering med udgangspunkt i de fundne resultater. Kilder angives med et nummer, [x], hvor x refererer til kilden som forefindes i litteraturlisten bagerst i rapporten. Strukturformler er primært tegnet i Chemsketch, hvor dette ikke er tilfældet er kilde angivet. Det forudsættes at læserne har kendskab til kemi og termodynamik. Side 4 af 37

Side 5 af 37

Indholdsfortegnelse 1 Indledning... 8 1.1 Behovet for rent vand... 8 1.2 Plastaffald... 9 2 Filtrering af vand... 9 2.1 Membranfiltrering... 9 2.1.1 Omvendt osmose... 10 2.1.2 Nanofiltrerig... 10 2.1.3 Ultrafiltrering... 10 2.1.4 Mikrofiltrering... 11 3 Metoder til fremstilling af membraner... 12 3.1.1 Sintering... 12 3.1.2 Strækning... 12 3.1.3 Spor-ætsning... 12 3.1.4 Coating... 13 3.1.5 Faseændring... 13 3.2 Hansen opløselighedsparameter (HSP)... 19 4 Plast... 20 4.1 Plasttyper... 21 4.1.1 Polyethylen... 21 4.1.2 Polypropylen... 22 4.1.3 Polyethlylenterepththalat... 22 5 Problemformulering... 23 6 Forsøg... 24 6.1.1 Anvendt plastmateriale... 25 6.1.2 Forsøg 1... 26 6.1.3 Forsøg 2... 28 6.1.4 Forsøg 3... 30 7 Diskussion... 32 8 Konklusion... 33 9 Perspektivering... 34 10 Litteraturliste... 36 Side 6 af 37

Side 7 af 37

1 Indledning I hele verden er der et stigende behov for rent vand. Mange lande, som eksempelvis Danmark, henter vandet op fra undergrunden. I disse lande er det nedsivning af kemikalier og pesticider der udgør en trussel mod drikkevandet. Her er vandforsyningen sat i system, vandet pumpes op af undergrunden og renses for skadelige stoffer inden det, via rørforbindelser, sendes videre til forbrugerne. Mange andre steder i verden er problemet mere akut, her anvendes vand fra floder, søer og vandhuller som drikkevand og vand til madlavning. Vandet i disse områder er ikke let tilgængeligt og det er ofte nødvendigt at vandre over lange strækninger for at hente de nødvendige forsyninger. Billede 1 viser børn der henter vand i et vandhul. Vandet indeholder en del partikler og bakterier som kan udgøre en sundhedsrisiko, og det er derfor nødvendigt at filtrere det forurenede vand, for at undgå sygdom. Billede 1 Børn henter vand [2] 1.1 Behovet for rent vand Behovet for ferskvand stiger med 64 milliarder kubikmeter pr år, i takt med at befolkningstallet stiger og livsstilen ændres. I udviklingslandene er 80 % af alle sygdomme relateret til manglen på rent vand. Der dør ca. 3 millioner mennesker om året som følge af manglen på rent vand. 5000 børn dør hver dag på grund af diarre, hvilket svarer til ét barn hvert 17. sekund.[3] En af årsagerne er at ca. 70 % af alt affald dumpes urenset i floder, vandløb og havet, hvilket forurener den generelle vandforsyning.[4] Problemet er størst i Afrika, hvor det mange steder er under 60 % af befolkningen, der har adgang til en vandkilde af god kvalitet. Et af de hårdest ramte lande er Somalia, hvor kun 30 % har adgang til rent vand. I lande som Tanzania, Niger, Mozambique, Angola og Etiopien har ca. halvdelen af befolkningen adgang til en god vandkilde. En god vandkilde er inden for en radius af 1000 m og kan levere mindst 20L vand pr. person, pr døgn. [5] Mange steder må kvinder Side 8 af 37

og børn gå langt for at hente vand, vand der ofte er forurenet og derfor gør dem syge. Det er vigtigt for befolkningens sundhed at vandet renses for skadelige bakterier og partikler. 1.2 Plastaffald Ud over mangel på rent drikkevand udgør også store mængder affald et problem over alt i verden. En stor det af affaldet er plast, der ender på lossepladsen eller på forbrændingen, men det er muligt at genbruge en stor del af plasten. Genbrug af plast er en bæredygtig løsning men også en god forretning. Fremstilling af membraner til den livsnødvendige vandrensning i genbrugsplast, vil være med til at mindske omkostningerne, samt belastningen af miljøet. Plast anvendes i vid udstrækning som emballage, hvilket gør emballageaffald til et godt udgangspunkt når der tales om genbrugsplast. Emballageaffald kan findes i stort set alle dele af verden, hvor der lever mennesker. 2 Filtrering af vand For at fjerne skadelige bakterier og partikler fra vandet er det nødvendigt at filtrere det. Den første kendte reference til behandling af vand er fra Indien for ca. 3000 år siden, filtreringen foregik, på daværende tidspunkt, angiveligt gennem filtre af stof. Det første patent på et vandfilter blev udtaget i 1746 i Paris, og den første gang et filter blev anvendt til et vandforsyningsanlæg var i 1804 i Skotland. De første filtersystemer der blev anvendt til vandforsyningsanlæg var sandfiltre, hvor vandet langsomt løber gennem et filter af sand som typisk vil kunne tilbageholde partikler på mellem 0,1 og 10 mm. Vandrensningens betydning for forebyggelse af sygdomme kunne ses i Tyskland i 1892, hvor en koleraepidemi ramte Hamborg. Nabobyen Altona havde installeret et sandfilter til behandling af deres vand, og de undgik at blive ramt af epidemien. Et almindeligt væskefilter kan fjerne partikler ned til en størrelse på 1µm, men da en bakterie kan være ned til 0,2 µm er det ikke nok[6]. Det er derfor nødvendigt at anvende en filtreringsmetode der kan fjerne mindre partikler, metoden her kan være membranfiltrering. Ved at lade vandet passere gennem en semipermeabel (halvgennemtrængelig) membran, er det muligt at frasortere de uønskede bakterier og partikler. Semipermeable membraner er fremstillet af plast eller keramik, plast er det billigste materiale og derfor også det mest anvendte. Plastmembraner fremstilles af udvalgte polymerer, baseret på virgin material, som opløses i opløsningsmidler og herefter støbes til en membran.[7] 2.1 Membranfiltrering Membranfiltrering anvendes til at frasortere molekyler og partikler under 1 µm. Membranerne er inddelt efter størrelsen på de partikler og molekyler der kan passere membranen. Den tætteste membran tillader passage af vand og små organiske molekyler, hvorimod membraner til mikrofiltrering kun tilbageholder bakterier og vira. Som drivkraft i membranfiltrering anvendes forskellen i tryk, temperatur, elektrisk potentiale eller koncentration. Væsken der løber gennem membranen kaldes permeatet, og væsken som tilbageholdes kaldet retentatet eller koncentratet. Ud over drivkraften er materialet og strukturen af membranen også afgørende for, hvilken type filtrering der kan foregå. Side 9 af 37

2.1.1 Omvendt osmose Omvendt osmose er den membranproces, der kan frasortere de mindste molekyler og partikler. Ved denne proces er det muligt at dele små partikler med lav molekylevægt, med næsten samme størrelse, fra hinanden. Der anvendes en meget tæt asymmetrisk membran med en høj hydrodynamisk modstand. Modstanden i membranen kræver naturligvis en højere drivkraft eksempelvis i kraft af et højere tryk. Figur 1 viser princippet i omvendt osmose. Man starter med et U rør med en semipermeabel membran placeret i midten. Den ene side indeholder saltvand den anden side fersk vand. Systemet vil tilstræbe en koncentrationsligevægt ved at lade vandmolekylerne trænge gennem membranen og dermed fortynde saltvandet, denne proces kaldes osmose. Ud over koncentrationen, har trykket indflydelse på ligevægten i systemet Systemet vil forsøge at opnå en stationær tilstand, hvor alle komponenter på begge sider af membranen har det samme kemiske potentiale. Ved at tilføre et passende tryk på saltvandssiden, vil ligevægtsforholdet ændre sig således at der går vand fra saltvandssiden gennem membranen til ferskvandssiden. Trykket der tilføres skal være højere end det osmotiske tryk, som er det tryk det rene vand udøver på membranen. Det osmotiske tryk kan beregnes ved hjælp af formlen Figur 1 Princippet i omvendt osmose [8] 2.1.2 Nanofiltrerig Membraner der anvendes til omvendt osmose kan modificeres således at de tilbageholder proteiner, sukker samt di- og trivalente ioner, men lader monovalente ioner passere. Dette gøres ved at ændre netværksstrukturen i membranen således at den bliver mere åben. Nanomembraner kræver et lavere tryk end ved omvendt osmose. 2.1.3 Ultrafiltrering Ved ultrafiltrering er membranen mere åben end ved omvendt osmose eller nanofiltrering. Porestørrelsen ligger mellem 0,05 µm og 1 nm. Her kan der tilbageholdes partikler med en molvægt mellem 2000 og 30.000 Dalton afhængig af, hvilken type stoffer der er tale om. Membraner til utrafiltrering har en asymmetrisk struktur med et tæt lag i toppen, hvilket medvirker til en højere hydrodynamisk Side 10 af 37

modstand. Flux gennem en utrafiltreringsmembran er direkte proportionalt med det tilførte tryk og kan beregnes ved hjælp af formlen: Permabilitetskonstanten K inkluderer alle former for strukturelle faktorer. Den ligger i et område fra ca. 0,5 m 3 /m 2 /dag/bar for en tæt membran op til 5 m 3 /m 2 /dag/bar for en mere åben membran. 2.1.4 Mikrofiltrering For at frasortere partikler med en molvægt højere end 100.000 Dalton eller en størrelse på mere end 0,1µm anvendes mikrofiltrering. Porestørrelsen ligger mellem 0,05 og 10 µm. I forhold til ultrafiltrering, hvor opløste stoffer tilbageholdes af membranen, tillader mikrofiltrering alle opløste stoffer at passere, men tilbageholder partikler. Flux gennem membranen kan beskrives ved Darcy s lov, hvor flux J er proportional med det tilførte tryk. Flux kan beregnes ved hjælp af ligningen: Permabilitetskonstanten A indeholder faktorer som porøsitet, pore størrelse og fordelingen af porer. Der ud over tage konstanten også hensyn til viskositeten af permeatet. Figur 2 Oversigt over de forskellige filtreringstyper og deres anvendelsesområder. [9] Figur 2 Viser en oversigt over anvendelsesområderne for de forskellige membranprocesser. Ved filtrering af vand, er ønsket at frasortere skadelige bakterier og uønskede partikler. Samtidig vil det være en fordel at bibeholde indholdet af salte og mineraler da disse er nødvendige byggesten i den menneskelige metabolisme. Valget af membran til vandrensning vil derfor være til mikrofiltrering. Side 11 af 37

3 Metoder til fremstilling af membraner Der findes flere forskellige metoder til fremstilling af membraner. Fremstillingsmetoden afhænger af, hvilket materiale der anvendes og hvilken membranproces der skal anvendes. 3.1.1 Sintering En simpel metode til at fremstille membraner af både organisk og uorganisk materiale er sintering. Her sammenpresses et pulver af en bestemt partikelstørrelse ved en given temperatur, herved smelter kontaktfladerne mellem partiklerne lidt sammen og danner derved porerne i membranen. Temperaturen der anvendes ved sintering afhænger af hvilket materiale der anvendes. Et eksempel på sintering ses i Figur 3. Til sintering kan anvendes pulver af polymerer, metaller, keramer, kulstof og glas. Denne teknik kan anvendes til at fremstille membraner med en porestørrelse mellem 0,1-10 µm. Det er partikelstørrelsen på materialet der er afgørende for porestørrelsen i membranen. Figur 3 Eksempel på sintering [10] 3.1.2 Strækning Til strækning anvendes en ekstruderet folie eller film fremstillet at et delkrystallinsk materiale som eksempelvis polypropylen eller polyethylen. Ved at strække folien vinkelret på ekstruderingsretningen placeres de krystallinske områder parallelt med ekstruderingsretningen. Når folien udsættes for mekaniske stress, dannes der små brud og der opnås en porøs struktur med porestørrelser mellem 0,1 3 µm. Til denne fremstillingsmetode kan der kun anvendes delkrystallinske polymerer. Membraner fremstillet ved strækning er mere porøse end membraner fremstillet ved sintering. 3.1.3 Spor-ætsning Til spor-ætsning anvendes en folie ofte af polycarbonat. Folien udsættes for en højenergi partikel stråling, typisk ved 1MeV svarende til 1,60217657 10-13 joules, vinkelret på folien. Partiklerne beskadiger polymeren og danner nogle spor i materialet. Folien nedsænkes i et syre- eller basebad og polymeren ætses væk langs de dannede spor. Herved dannes nogle tætliggende ensartede cylindriske porer. Størrelsen på porerne ligger mellem 0,02 10 µm. Materialevalget afhænger af tykkelse på folien og tilførslen af partikelenergien. Figur 4 viser et eksempel på fremstilling ved hjælp af spor-ætsning. Side 12 af 37

Figur 4 Eksempel på spor-ætsning [11] 3.1.4 Coating Tætte polymermembraner hvori væsketransporten foregår ved diffusion har ofte et lavt flux. Ved at fremstille kompositmembraner er det muligt at reducere tykkelsen på membranen og derved forøge fluxen. Kompositmembraner består af 2 forskellige materialer, hvor et tyndt lag af et udvalgt membranmateriale lægges over et mere eller mindre porøst underlag. Toplaget er bestemmende for hvilke partikler der frasorteres, underlaget fungerer udelukkende som støttelag. Figur 5 viser et eksempel på en kompositmembran Figur 5 Eksempel på kompositmembran [12] 3.1.5 Faseændring Den mest kommercielt anvendte metode til fremstilling af membraner er faseændring. En faseændring er mulig når der i en termodynamisk stabil blanding sker en afblanding. Et termodynamisk system består af en intern energi (U), entalpi (H), entropi (S) og fri entalpi (G). Disse funktioner kan anvendes til at beskrive om et system er i ligevægt eller om der er mulighed for en spontan ændring i systemet. Kriterierne for et system i ligevægt ved konstant tryk og temperatur beskrives som den frie entalpi (G): For at beskrive polymerers opløselighed anvendes Flory-Huggins teori. Om en blanding sker spontant eller ej afhænger af ΔG og TΔS. Ved blanding af de 3 komponenter angives den frie entalpi for blandingen (m) ved: Blandbarheden mellem en solvent (komponent 1) og en polymer (komponent 2) kan beskrives Side 13 af 37

Her angiver n antal mol af hver komponent, angiver volumenbrøken af komponenterne, χ tager højde for den energi der anvendes til at dele polymer- og solventmolekylerne. R angiver gaskonstanten og T angiver den absolutte temperatur i K. For at kunne udlede ovenstående udtryk er det nødvendigt først at se på entropien i blandingen. Udtrykket for entropi blandinger af små molekyler ved hjælp af molfraktioner vil ikke være brugbart i dette tilfælde, da der jo for polymeren er tale om et makromolekyle. For at tage hensyn til den manglende symmetri i de molekylære størrelser antages det, at blandingen tager form som et gitter, hvor steder på gitteret er besat af enten et molekyle fra solventen eller et segment fra polymerkæden. Derved er det muligt at beregne det totale antal placeringer som N 1 er antallet af solvent molekyler, N 2 er antallet af polymermolekyler, som hver indeholder x antal segmenter. Det er nu muligt at beregne ændringen i entropien: k = Boltzmann s konstant. Der er muligt at definere volumenbrøkerne i gitteret som: ( ) ( ) Udtrykket kan derfor også skrives som: Ud over en ændring i entropien må der også påregnes en ændring i entalpien, her er der 3 molekylære interaktioner at tage hensyn til. Disse interaktioner dækker over intermolekylære bindinger som eksempelvis hydrogenbindinger, dipol-dipol bindinger og londonbindinger mellem solventsolvent, monomer-monomer og solvent-monomer. Solvent-monomerkontakten sker på bekostning af gennemsnittet af de 2 andre interaktioner. Derfor vil energitilvæksten pr kontakt mellem monomer-solvent være: Det totale antal kontakter er: Side 14 af 37

Hvor z er koordinationstallet. Ændringen i entalpien er lig med energiændringen i monomer-solvent interaktionen ganget med antallet af interaktioner: Parameteret for polymer-solvent interaktionen, som er det eneste materialespecifikke parameter er defineret som χ: Ændringen i entalpien kan derfor beskrives: Derfor bliver den totale ændring i den frie energi: Blandingen vil foregå spontant, hvis Δ G m < 0. Entropien i en blanding er altid positiv og ved polymerer er udtrykket meget lille. En positiv entalpi vil derfor altid forårsage en afblanding. Membraner fremstillet ved faseændring ved nedsænkningsudfældning består af et system af 3 komponenter, som er blandbare med hinanden. Der anvendes en polymer, en solvent og en non solvent. Polymeren og solventen blandes til en termodynamisk stabil polymeropløsning. Opløsningen støbes på en glasplade i den ønskede tykkelse og nedsænkes i et non solvent koagulationsbad. Ved nedsænkningen i non solventen bliver blandingen termodynamisk ustabil. Når den metastabile blandbarhedskløft nås ved det kritiske punkt opstår en spaltning af den polymerfattige fase. Der dannes små dråber bestående af en blanding af solvent, non solvent og en meget lille del polymer som er udskilt fra den polymerrige fase. Disse dråber vokser yderligere til den omgivende kontinuerlige fase størkner ved krystallisering. Dråbernes sammenflydning inden størkningen fører til dannelsen af en åben porøs struktur som kan anvendes som en semipermeabel membran. Fasediagrammet i Figur 6 viser dannelsen af membranen, systemet ændres fra punktet A, hvilket repræsenterer opløsningen på støbepladen til punkt C der repræsenterer den færdige membran. Ved punktet C er de 2 faser i ligevægt. Punktet S repræsenterer en hærdet polymerrig fase og punktet L repræsenterer en flydende polymerfattig fase. Punktet C på linjen mellem S og L bestemmer porøsiteten af membranen. Hele udfældningsprocessen er dog præsenteret ved bevægelsen over linjen fra punkt A til C hvor solventen udskiftes med non-solventen. Jo mere af solventen der udfældes jo højere bliver viskositeten i den polymerrige del. Viskositeten når et punkt, hvor den udfældede po- Side 15 af 37

lymer kan betragtes som hærdet og yderligere udfældning af polymeren ikke er mulig. Ændringer i volumen frembragt af yderligere udveksling af non-solvent resulterer i en krympning af den polymerrige fase. Figur 6 Fasediagram over polymer/solvent/non-solvent system [13] Termodynamisk kan udfældningsprocessen beskrives ud fra et binært system ved konstant temperatur og tryk. ΔG er den frie entalpi af blandingen, µ i angiver det kemiske potentiale af komponenten i og x i angiver molbrøken for i. En stabil tilstand med en homogen opløsning i én fase gives ved: ( ) En ustabil tilstand med en homogen opløsning der spontant deles i 2 faser i ligevægt. Denne tilstand er altid inden for blandbarhedsområdet angives ved: ( ) En ligevægtstilstand ved sammensætningen på fasegrænsen er givet ved: ( ) Kinetisk kan processen beskrives ved hjælp af diffusionskoefficienten D. D > 0 ved en stabil homogen opløsning i én fase. D < 0 ved en ustabil tilstand der spontant deles i 2 faser i ligevægt D = 0 ved ligevægtstilstand ved sammensætning på fasegrænsen. Side 16 af 37

D er defineret i Fick s lov i form af en koncentrationskoefficient som drivkraft. Drivkraften for fluxen af en komponent er dog ikke koncentrationskoefficienten, men dens kemiske potentiale. Diffusionskoefficienten kan relateres til drivkraftens kemiske potentiale ved formlen: ( ) Komponenten, i, beskrives ved diffusionskoefficienten D i, molbrøken x i, det kemiske potentiale µ i og mobilitetsfaktoren B i. Mobilitetsfaktoren er altid positiv. Det kemiske potentiale for en ikke ideel opløsning kan gives ved formlen: Sammenskrives formlerne for drivkraftens kemiske potentiale med potentialet for en ikke ideel opløsning fås formelen: ( ) Her repræsenterer µ i standardpotentialet, er aktivitetskoefficienten af den rene fase, R er gaskonstanten og T er den absolutte temperatur i K. Den sidste del af ligningen afgør om diffusionskoefficienten er positiv, negativ eller 0. En løsning af differentialligningen fører til udsagnet: Her er 0 < n < 1 den stabile tilstand, n > 1 den ustabile tilstand og n = 1 ligevægtstilstanden. Hvis aktivitetskoefficienten for komponenten, i, fra en binær opløsning hæves til et punkt, hvor produktet bliver større end enheden så vil en faseændring opnås, komponenten, i, vil flyde fra et område med lav koncentration til et område med høj koncentration. Valget af polymer til fremstilling af membraner ved hjælp af denne teknik er en vigtig faktor, da polymeren er den begrænsende faktor i forhold til hvilke former for solvent og non-solvent der kan anvendes. De mest anvendte solventer er: Dimethylformamid (DMF) med strukturformlen (CH 3 ) 2 NC(O)H Figur 7, et polært aprotisk opløsningsmiddel. Det anvendes ofte som solvent, men indgår også i produktionen af akrylfibre og andre plasttyper. Side 17 af 37

O C N CH 3 H CH 3 Figur 7 Strukturformel for DMF Dimethylacetamid (DMAc), med strukturformlen CH 3 CON(CH 3 ) 2 Figur 8, er et polært opløsningsmiddel. Det anvendes som opløsningsmiddel til produktion af akrylfibre og polyuretanbaserede spandex fibre. C H 3 C O N CH 3 CH 3 Figur 8 Strukturformel for CMAc Dimethylsulfoxide (DMSO), med strukturformlen CH 3 SOCH 3 Figur 9, er et polært aprotisk opløsningsmiddel. Det anvendes til opløsning af carbohydrater, derudover anvendes DMSO som beskyttelsesmiddel ved kryopresservering af celler. C H 3 S O CH 3 Figur 9 Strukturformel for DMSO N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) er et opløsningsmiddel med formlen C 5 H 9 NO med strukturformlen i Figur 10. NMP har gode evner som opløsningsmiddel og anvendes derfor til opløsning af mange forskellige kemikalier herunder især polymerer. Derudover er det også anvendt til fjernelse af maling. C H 2 C H 2 H 2 C N C O CH 3 Figur 10 strukturformel for NMP Fælles for disse organiske opløsningsmidler er, at de er blandbare med vand. Disse anvendes til fremstilling af porøse membraner, med demineraliseret vand som non-solvent. De valgte polymerer der oftest anvendes til fremstilling af membraner er eksempelvis polysulfon (PSU), polysther sulfon (PES) og polyacrylonitrile. Fælles for disse polymertyper er at de er blandbare med solventen. Koncentrationen af polymer i blandingen ligger på mellem 15 og 20 %. Side 18 af 37

3.2 Hansen opløselighedsparameter (HSP) En af de metoder der kan anvendes til at konstatere om en polymer er opløselig er Hansen opløselighedsparameter, HSP. Udgangspunktet er den totale fordampningsenergi E. Energien kan inddeles i 3 parametre: E d : Energien fra dispersions kræfter mellem molekylerne E p : Energien fra dipolære intermolekylære kræfter mellem molekylerne E h : Energien fra hydrogenbindinger mellem molekylerne. Den totale energi kan udledes af følgende formel: Tages volumen, V med ind i formlen ser den således ud: Ved at tilføre δ som er Hildebrandts opløselighedsparameter (E/V) 1/2 og HSP δ d, δ p og δ h for interaktionen for henholdsvis dispersions, dipolære og hydrogenbindingerne mellem molekylerne ser HSP formlen således ud: De 3 parametre kan betragtes som koordinater for et punkt i et tredimensionelt rum kaldet Hansen rummet. For at afgøre om parametrene for 2 molekyler, eksempelvis solvent og polymer er inden for rækkevidde tildeles det stof der opløses en værdi for en interaktionsradius R 0. Denne værdi svarer til radius på en kugle i Hansenrummet, med de 3 Hansen parametre som centrum. Afstanden mellem Hansen parametrene, Ra, kan herefter beregnes ved hjælp af følgende formel: Kombineres Ra med R 0 får man den relative energiforskel i systemet RED (relative energy difference) RED < 1 det er muligt at opløse polymeren RED =1 polymeren vil delvist opløses RED >1 polymeren vil ikke opløses Det er også muligt ud fra HSP at estimere χ 12, som beskriver interaktionen mellem polymeren og solventen. For at foretage denne estimering er det nødvendigt at indføre HSP termen A 1,2 der beregnes ved hjælp af følgende formel: Side 19 af 37

χ 12 kan hermed estimeres ud fra formlen: [ ( ) ] 4 Plast Polymer anvendt til fremstilling af membraner er plast. Definitionen på plast er et organisk materiale opbygget af makromolekyler, polymerer, som opstår gennem bearbejdning af naturprodukter eller syntetisering af primærstoffer fra olie, naturgas eller kul. Ca. 5 % af verdens olieforbrug anvendes til fremstilling af plast. Fremstillingen af råplast sker ved enten en kædepolymerisation eller en trinvis polymerisation. Kædepolymerisationen tager udgangspunkt i en monomer der består af mindst 2 kulstofatomer og en dobbeltbinding. For at reaktionen kan foregå er det nødvendigt at bryde dobbeltbindingen. Dette sker oftest i en kemisk reaktor under tryk ved en forhøjet temperatur og tilsætning af en katalysator. Når dobbeltbindingen brydes, kan monomererne danne et makromolekyle i form af en lang kæde af monomerer se Figur 11. Kædens længde har stor betydning for egenskaberne af plasten. CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 n Figur 11 Polyethylen fremstilles ved kædepolymerisation Ved trinvis polymerisation reagerer to bifunktionelle monomerer med hinanden. En bifunktionel monomer har en kemisk reaktiv gruppe eksempelvis en syregruppe eller en alkoholgruppe. En syregruppe og en alkoholgruppe vil danne en esterbinding ved fraspaltning af et mindre molekyle i form af vand, denne type trinvis polymerisation kaldes en polykondensation. Figur 12 viser et eksempel på en trinvis polykondensation. Typen af bindinger og det fraspaltede molekyle afhænger af de reaktive grupper. Ved en trinvis polymerisation uden fraspaltning af et mindre molekyle er der tale om en polyaddition. Figur 12 Polyurethan fremstilles ved trinvis polymerisation ved fraspaltning af vand. [14] Side 20 af 37

4.1 Plasttyper Allerede i 1998 passerede forbruget af plast 100.000.000 tons om året. De mest anvendte plasttyper er PE (polyethylen), PP (polypropylen), PVC (polyvinylchlorid) og PS (polystyren)[15]. Det forventes at mængden af affaldsplast i Danmark i 2020 vil være på 463.292 tons, hvoraf 199.732 tons kan udsorteres til genanvendelse.[16] De mest anvendte plasttyper til emballage er Polyethylen (PE), som blandt andet anvendes til emballagetyper som plastposer, flasker og dunke. Polypropylen (PP) som anvendes til flasker og dunke til eksempelvis kemikalier og rengøringsmidler. Polyethylenterepththalat (PET), anvendes blandt andet til flasker til drikkevarer, som mineralvand og sodavand, men også bakker til frugt og grøntsager. Emballage fremstillet af disse 3 plasttyper vil være tilgængelige næsten overalt i verden. 4.1.1 Polyethylen Polyethylen, PE, er en delkrystalingsk termoplast under fællesbetegnelsen polyolefiner. Olefiner er hydrocarboner som indeholder en dobbeltbinding mellem 2 carbonatomer. Polymerisationer af olefiner kaldes polyolefiner. CH 2 CH 2 n Figur 13 Kemisk grundformel for polyethylen Den kemiske grundformel for PE fremgår af Figur 13. PE fremstilles ved kædepolymerisation. Fælles for alle typer af PE er at de er bestandige over for vand og fugt, de fleste organiske opløsningsmidler og kemikalier. PE har en ringe bestandighed over for varme, men har en god bestandighed over for kulde. Den maximale anvendelsestemperatur ligger mellem 60-70 C. De er lette, seje, uigennemsigtige og fleksible. PE findes i forskellige udgaver alt efter hvilket katalysatorsystem, og hvilken fremstillingsmetode der er anvendt. De har alle forskellige egenskaber og anvendelse. PELD er en lav densitets polyethylen (910-925 g/cm 3 ), den fremstilles ved en højtryksproces ved et tryk på 3000 bar ved 300 C. Den er sejere end andre typer PE, men ikke så stærk og anvendes primært til plastposer og kabelisolering. PELD har en forgrenet molekylestruktur, hvilket gør det vanskeligere at pakke molekylerne tæt. Molekylekæderne vil derfor have større afstand mellem hinanden, ved denne molekylestruktur. Det giver et sejere materiale der ikke brydes ved en kærvslagstest. PELD har et krystallinsk smeltepunkt på mellem 105-115 C. PEHD er en høj densitets polyethylen (940-965 g/cm 3 ), den fremstilles ved en lavtryksproces ved et tryk på 1 atm og en temperatur på 170 C. Den er stivere og stærkere end andre typer PE, men ikke så sej og anvendes primært til folier, dunke, spande, rør og lignende. Forskellen på egenskaberne findes i molekylestrukturen. PEHD har en lineær molekylestruktur, hvilket gør det muligt at pakke molekylekæderne tæt. Den tætpakkede molekylestruktur giver et stift og stærkt materiale med et krystallinsk smeltepunkt på mellem 125-135 C. PEX er en tværbundet PE, der er specielt modstandsdygtig over for opløsningsmidler og andre kemikalier, den anvendes derfor ofte til dunke til opbevaring af disse. Side 21 af 37

4.1.2 Polypropylen Polypropylen, PP, er et delkrystallinsk materiale og hører lige som polyethylen ind under polyolefinerne. CH 3 CH CH 2 n Figur 14 Kemisk grundformel for polypropylen Den kemiske grundformel for PP fremgår af Figur 14. PP fremstilles ved kædepolymerisation, og har en høj krystallinitet, hvilket gør det hvidt og ugennemsigtigt. Det er en meget alsidig plasttype da den har en god balance mellem termisk og kemiske bestandighed og gode egenskaber både mekanisk og elektrisk. PP har en dårlig kuldebestandighed, men en god varmebestandighed. Den maximale anvendelsestemperatur ligger mellem 80-90º C det kan dog anvendes op til 110 C ved moderat belastning. Det krystallinske smeltepunkt ligger på 165 C. Både trækstyrken, udmattelsesstyrken og stivheden er høj. Derudover udemærker PP sig, som plasttype, ved at være let at forarbejde. Folier af PP har en lav gennemtrængelighed af vand og fugt og påvirkes ikke af bakterier og svampe. PP har en god kemisk bestandighed over for både syrer, baser og opløsningsmidler. Denne egenskabe gør PP til et meget anvendt materiale til fremstilling af emballage til rengøringsmidler, medicinske beholdere og beholdere til kemiske stoffer. Da PP let oxiderer, er det nødvendigt at tilsætte antioxidanter som additiv til alle produkter der fremstilles i PP til kommercielt brug. PP har en lav densitet (900-910 g/cm 3 ) og er derfor et meget let materiale. En del PP (ca. 20 %) fremstilles som en copolymer med et indhold af 2-5 % ethylen. Copolymeren er mere fleksibel, og har en større sejhed og et lavere krystallinsk smeltepunkt. 4.1.3 Polyethlylenterepththalat Polyethlylenterepththalat, PET, er en copolymer sammensat af ethylen og terepththalsyre. PET forekommer både som et delkrystallinsk og et amorft materiale der fremstilles ved hjælp af trinvis polymerisation. Figur 15 Kemisk grundformel for PET [17] Den kemiske grundformel for PET fremgår af Figur 15. Det er et sejt, stærkt og stift materiale med en høj slagstyrke. Den amorfe PET også kaldet PET-A er farveløs og transparent, hvorimod den delkrystallinske udgave PET-C er uigennemsigtig og hvid. For at fremstille den delkrystallinske udgave af PET skal der tilsættes nukleater, som er særlige kimdannere. Da PET har en lav glasovergangstemperatur på 70 C, vil formbestandighedstemperaturen også være lav. Anvendelsestemperaturen ligger fra -40 C til 140 C. Det er derfor nødvendigt at fiberforstærke den amorfe udgave af materialet, for at bevare stivheden ved høje temperaturer. PET er tæt over for vanddamp, aromastof- Side 22 af 37

fer og luftarter og optager meget lidt vand. Det er modstandsdygtigt over for organiske kemikalier, opløsningsmidler og mineralolier, men bestandigheden over for syrer og baser er begrænset. PET anvendes blandt andet til fremstilling af flasker til kulsyreholdige drikke, som eksempelvis sodavand, flasker til andre drikkevarer, mineralske olier, bakker til ovnretter og stegefolie. De 3 ovennævnte plasttyper er udvalgt til forsøget med fremstilling af membraner i genbrugsplast. De er ikke udvalgt på grund af deres egenskaber, men på grund af den lette tilgængelighed og at der her er tale om plasttyper, som i form af emballageaffald fra den almene husholdning, ikke genanvendes men til gengæld afbrændes. 5 Problemformulering Behovet for rent vand er stort især i de områder, hvor det ikke er muligt at hente vandet op fra undergrunden. Brugen af vand fra forurenede floder, søer og vandhuller, og sygdomsrisikoen forbundet hermed, gør det nødvendigt at finde billige bæredygtige løsninger til rensning af vandet inden brug. En del af en løsning kan være at fremstille membraner til rensning af vandet i genbrugsplast. Denne rapport vil derfor beskæftige sig med spørgsmålet: Er det muligt at fremstille en tilfredsstillende membran ved genbrug af PP, PE eller PET fra emballageaffald ved hjælp af faseovergang ved nedsænkningsmetoden? Hvilke parametre har indflydelse på processen? Side 23 af 37

6 Forsøg Formålet med dette projekt er at konstatere om det er muligt at fremstille membraner til vandrensning af genbrugsplast. I henhold til skemaet i Figur 2 skal der anvendes en membran til mikrofiltrering med en porestørrelse mellem 0,1µm til 10 µm. PP, PE og PET er udvalgt som plasttyperne til forsøget, dette skyldes at de må anses for at være nogle af de mest tilgængelige plasttyper, da de i vid udstrækning anvendes til emballage. Som fremstillingsmetode er valgt faseovergang ved nedsænkning, da det er den mest anvendte metode til fremstilling af membraner til kommercielt brug. Som opløsningsmiddel anvendes N-methyl- 2-pyrollidon (NMP) og som non-solvent anvendes demineraliseret vand. Der fremstilles membraner i 3 udgaver med henholdsvis 15, 20 og 25 m/v % polymer opløst i NMP (99,5 %) Der anvendes granuleret genbrugs PP, PE og PET til fremstillingen. Fremgangsmetode: Granuleret polymer afvejes og kommes i en glasbeholder. Der kommes en omrøringsmagnet i beholderen NMP tilsættes og glasbeholderen lukkes omgående Beholderen sættes på en magnetomrører ved stuetemperatur i stinkskabet minimum til næste dag. Eventuelle luftbobler fjernes fra opløsningen Opløsningen smøres ud på en glasplade i en tykkelse på ca. 200 µm Glaspladen med opløsningen nedsænkes straks i et kar med demineraliseret vand til membranen er hærdet minimum 15 min. Membranen overføres til et bad med friskt demineraliseret vand og ligger til næste dag. Membranen opbevares i demineraliseret vand eller 1 % nitriumsulfit Tabel 1 Blandingsforhold til membraner i PP, PE og PET Membran nr. Polymer densitet Mængde polymer Mængde NMP 1 PP 0,91 g/cm 3 8,3 g 42,5 ml 2 PP 0,91 g/cm 3 11 g 40,0 ml 3 PP 0,91 g/cm 3 13,7 g 37,5 ml 4 PE 0,95 g/cm 3 7,9 g 42,5 ml 5 PE 0,95 g/cm 3 10,5 g 40,0 ml 6 PE 0,95 g/cm 3 13,2 g 37,5 ml 7 PET 1,38 g/cm 3 5,4g 42,5 ml 8 PET 1,38 g/cm 3 7,2 g 40,0 ml 9 PET 1,38 g/cm 3 9,0 g 37,5 ml Side 24 af 37

6.1.1 Anvendt plastmateriale Der er til forsøget udvalgt emballage emner der et tilgængelige i den daglige husholdning, dunke fra vaskemiddel i PE, bægre fra honning og surmælksprodukter i PP samt sodavandsflasker og bakker fra grønt i PET. Der ud over anvendes en almindelig klar plastpose i PELD. Billede 2 Emballage emner udvalgt til forsøg Billede 3 Granuleret PET til venstre og PE til højre Side 25 af 37

6.1.2 Forsøg 1 Der afvejes PE-granulat i henhold til Tabel 1, en magnet lægges i bunden af hver flaske Billede 4. Billede 4 PE afvejet i glasflasker Flaskerne tilsættes NMP (99,5 %), lukkes tæt og sættes på en magnetomrører ved stuetemperatur i stinkskab i 4 døgn. Se Billede 5 Billede 5 Blandinger under omrøring Side 26 af 37

Det må efter de 4 døgn konstateres at det ikke har været muligt at opløse PE granulat i NMP ved stuetemperatur se Fejl! Henvisningskilde ikke fundet.. Billede 6 PE efter 4 døgn i NMP Der opstilles herefter et lignende forsøg med PET, dog kun i 15 og 20 m/v % blandinger i henhold til Tabel 1. Disse blandinger står til omrøring i 1 døgn se Billede 7. Billede 7 PET blanding til omrøring Side 27 af 37

Efter et døgn under omrøring må det konstateres at kun en lille del PET kan opløses i NMP ved stuetemperatur. Den opløste del er dog kun nok til at give NMP en lidt mælkehvid farve se Billede 8. Billede 8 PET efter et døgn i NMP ved stuetemperatur Da PP er en plasttype med stort set de samme egenskaber som PE og PET gøres der ikke et forsøg på at opløse PP i NMP. 6.1.3 Forsøg 2 Da det ikke var muligt at opløse hverken PE eller PET i NMP ved stuetemperature opstilles et nyt forsøg. For at forøge entropien og derved muligheden for at opløse plasten tilføres varme. Til dette forsøg fremstilles en 20 m/v % blanding af henholdsvis PET granulat og PE støv i NMP i henhold til Tabel 1. For at undgå afdampninger fra NMP laves en opstilling med reflux køling se Billede 9. Blandingerne opvarmes i vandbad under omrøring, der opvarmes til 85 C over ca. 2 timer herefter står blandingen under omrøring ved en konstant temperatur i 3 timer. Anvendelsestemperaturen på PE ligger mellem 60-70 C derfor er der valgt en temperatur lidt over anvendelsestemperaturen for at opnå en blødgøring af materialet dog uden at smelte det. Billede 9 Forsøgsopstilling for forsøg 2 med PET blanding til venstre og PE blanding til højre Side 28 af 37

Efter 3 timer ved 85 C må det konstateres at det stadig ikke har været muligt at opløse hverken PET eller PE. Se Billede 10 og Billede 11 Billede 10 PET uopløst i NMP efter 3 timer ved 85 C Billede 11 PE uopløst i NMP efter 3 timer ved 85 C Side 29 af 37

6.1.4 Forsøg 3 Da det ikke har været muligt at opløse hverken PET eller PE i NMP opstilles et forsøg med det formål at finde et brugbart opløsningsmiddel. Til forsøget anvendes udelukkende granulat af ren PELD fra en klar plastsæk. For at opnå bedst muligt resultat med de valgte opløsningsmidler tilsættes plasten lidt ad gangen. Der startes med 0,1 g plast i 25 ml opløsningsmiddel i et bægerglas, der omrøres manuelt i max 30 minutter. Forsøget udføres ved stuetemperatur. Opløses plasten tilsættes yderligere plast ind til det ikke længere er muligt at opløse plasten. Det noteres, hvor meget plast der eventuelt kan opløses. De valgte opløsningsmidler fremgår af l at opløse maling og silikone. NMP indgår også i dette forsøg. Tabel 2. DMSO er valgt da det ofte anvendes som solvent til fremstilling af membraner. Acetone er valgt da det er velegnet til at opløse lakker og harpikser. Toluen er valgt da det er velegnet til at opløse maling og silikone. NMP indgår også i dette forsøg. Tabel 2 Opløsningsmidler anvendt i forsøg 3 Opløsningsmiddel Kemisk formel Kemisk struktur Blandbart med vand N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) C 5 H 9 NO H 2 Ja C O H 2 C C C H 2 N Dimethylsulfoxid (DMSO) C 2 H 6 OS C H 3 CH 3 O S Ja Acetone C 3 H 6 O C H 3 CH 3 O C Ja Toluen C 7 H 8 CH 3 CH 3 Nej HC C CH HC CH CH Det eneste af de 3 opløsningsmidler, hvor det var muligt at opløse PE var Toluen. Her lykkedes det at opløse 0,175 g PELD ved stuetemperatur se Billede 12. Plasten er tilsat med ca. 0,025 g pr gang. Ved tilsætning af 0,200 g var det ikke længer muligt at opløse den tilsatte mængde se Billede 13 Side 30 af 37

Billede 12 25 ml Toluen tilsat 0,175 g granuleret PELD Billede 13 25 ml Toluen tilsat 0,200 g granuleret PELD den uopløste plast er skubbet op på siden af bægerglasset Efter udførelsen af de 3 opstillede forsøg må det konkluderes at det ikke er muligt at opløse hverken PE eller PET i NMP. Det er heller ikke muligt at opløse PELD i hverken NMP, DMSO eller acetone. Det er dog muligt at opløse 0,175 g PELD ved stuetemperatur i Toluen. Side 31 af 37

7 Diskussion Det har, ved de udførte forsøg, ikke været muligt at fremstille en membran til vandrensning, af genbrugsplast, ved den valgte fremstillingsmetode, da plasten ikke kunne opløses. Der kan være flere årsager til, at det ikke har været muligt at opløse plasten. En af årsagerne kan findes i den metode der er anvendt til fremstilling af plasten. Emballage skal ofte imødekomme specifikke krav i forhold til produktet der skal emballeres. Disse krav kan opfyldes ved at tilsætte forskellige stabilisatorer alt efter, hvilke egenskaber man ønsker. Der kan være tale om varmestabilisatorer, for at undgå nedbrydning af plasten under forarbejdning, UV-stabilisatorer, farvestoffer, brandhæmmere, antistat midler, opskumningsmidler, fyldstoffer eller blødgøringsmidler. Alle disse tilsætningsstoffer ændrer på plastens egenskaber og kan være årsag til at det ikke er muligt at opløse plasten i de valgte opløsningsmidler. En anden årsag kan være valget af opløsningsmidler til de valgte plasttyper. Det eneste anvendte opløsningsmiddel, hvori det lykkedes at opløse en lille mængde PE, var Toluen. Toluen adskiller sig fra de øvrige opløsningsmidler ved at være upolært. Polaritet har stor indflydelse på opløseligheden. For at kunne opløse et stof i et andet skal begge stoffer være enten polære eller upolære, Det er ikke muligt at opløse et upolært stof i et polært stof. De til forsøget anvendte opløsningsmidler er alle med undtagelse af Toluen polære. PE er en upolær polymer, hvilket betyder at det ikke vil kunne opløses i et polært opløsningsmiddel. PE er derudover uopløseligt i alle former for opløsningsmidler ved stuetemperatur, hvilket forklarer at kun en lille del PE blev opløst i Toluen. Det vil derfor også være nødvendigt at forøge temperaturen til over 70 C, hvis man ønsker at opløse PE[18]. Temperaturen spiller derfor også en stor rolle i forbindelse med opløsningen af plasten. Det er muligt at fremstille membraner i PE ved faseovergang ved tilførsel af varme. I et forsøg udført på Fudan universitetet i Shanghai i 1995 beskrives en metode der kan anvendes [13]. I forsøget opvarmes en blanding af PELD og en solvent af eksempelvis Octadecan, C 18 H 38, eller 1- hexadecanol, C 16 H 33 OH, til 170-180 C i et hætteglas i et oliebad i 10 minutter. Der røres i blandingen for at opnå en homogen masse og blandingen sættes i oliebad i 5 min for at fjerne luftbobler. Herefter drejes hætteglasset rundt for at fordele blandingen på indersiden af glasset. Når blandingen er fordelt på glassets side afkøles den i isvand således at blandingen størkner. Den størknede masse fjernes fra glasset og nedsænkes i acetone natten over for at ekstrahere solventen. For efterfølgende at fjerne resterne af acetone lægges membranen i en vacuumovn ved 40 C i 2 timer. Herefter har man en mikroporøs membran. Forsøget fra Fudan antyder at det er nødvendigt at tilføre en temperatur til polymeren som ligger over det krystallinske smeltepunkt der for PELD er 110 C op for PEHD er 130 C. Solventens egenskaber i forhold til opvarmning vil derfor også have en betydning i forhold til opløseligheden. Side 32 af 37

8 Konklusion Fremstilling af membraner i affaldsplast ved brug af den mest anvendte metode, faseovergang ved nedsænkning, er ikke mulig, hvis der anvendes NMP som solvent. Det kan dog ikke konkluderes at det ikke er muligt at fremstille membraner i affaldsplast ved brug af andre solventer eller ved fremstilling ved andre metoder. Der bør, for at finde den bedst egnede fremstillingsmetode, udføres forsøg med flere forskellige metoder til fremstilling af membraner til mikrofiltrering. Side 33 af 37

9 Perspektivering Der er mangel på rent vand i verden, samtidig med at der stadig produceres store mængder plastaffald. Ved at anvende plastaffaldet til fremstilling af membraner til vandrensning er det muligt delvist, at løse de 2 problemer på en bæredygtig måde. Udgangspunktet er fremstilling ved faseovergang ved nedsænkning. Til fremstilling af membraner i virgin material er polymeren den begrænsende faktor i produktionsprocessen og derfor nøje udvalgt efter dens egenskaber i forhold til solvent/non-solvent systemet. Ved anvendelse af affaldsplast er det nødvendigt at tilpasse systemet til de tilgængelige former for polymer. Det er derfor nødvendigt at finde et solvent/non-solvent system der passer til polymeren i stedet for omvendt. Givet længere tid og den viden dette projekt har givet ville tilgangen til projektet være anderledes. Tages der stadig udgangspunkt i at fremstille membranen ved faseovergang ved nedsænkning kunne proceduren være som følger. Første opgave vil være at sikre, hvilken plasttype man har med at gøre, for at dermed sikre at det er muligt at opløse plasten. Det er muligt at typebestemme plasten ved en IR-spektroskopi, ud fra de funktionelle grupper der kan aflæses i spektret. Det vil også her være muligt at identificere nogle af de tilsætningsstoffer der kan være i plasten, som har indflydelse på opløseligheden. Har man fat i en krydsbundet PEX vil denne ikke kunne anvendes, da den ikke er opløselig. Når plasstypen er bestemt udføres en HSP analyse for at finde frem til det bedst egnede opløsningsmiddel. Ved at beregne den relative energiforskel i systemet RED, vil det være muligt at sammenligne opløsningsmidlernes egnethed til opløsning af polymeren. Et eksempel på en HSP beregning kunne være at beregne RED for polyestersulfon (PES) og Toluen. PES har følgende opløselighedsfaktorer δ d : 19,6, δ p : 10,8 og δ h : 9,2. R 0 : 6,2 Toluen har opløselighedsfaktorerne δ d : 18, δ p : 1,4 og δ h : 2,0 Ved at indsætte faktorerne i formlen: Da RED > 1 er det ikke muligt at opløse PES i Toluen. Indsættes i stedet tallene for N-Methyl-2- pyrrolidon som er δ d : 18, δ p : 12,3 og δ h : 7,2 så får man Ra = 4,06 og RED = 0,65 det betyder at RED < 1 og PES kan opløses. Når opløsningsmidlet er fundet er næste opgave at finde en non-solvent der passer ind. Plasttyper som PE, PP og PET vil kræve en forhøjet temperatur for at kunne opløses, næste opgave vil være at finde frem til den korrekte temperatur. Polymeren kan være tilsat varmestabilisatorer for Side 34 af 37

at undgå at plasten nedbrydes under forarbejdning, hvilket betyder at temperaturen i forbindelse med opløsningen skal være højere. Det vil derfor være nødvendigt at prøve sig frem for at finde den rigtige temperatur. I forbindelse med faseovergangen vil det også være nødvendigt at udføre nogle forsøg for at finde den bedst egnede metode. Der kan være faktorer som luftfugtighed, temperatur, tryk og eventuelt luftarter der kan have indflydelse på processen. Da projektet er at finde en bæredygtig løsning er det også nødvendigt at se på den miljømæssige belastning produktionen af membranen medfører. Tilførsel af varme kan let vise sig at belaste et samlet CO 2 regnskab i negativ retning, således at anvendelsen af affaldsplast til produktion af membraner, ikke længer kan anses for at være en bæredygtig løsning. Det vil derfor også være hensigtsmæssigt at undersøge muligheden for at anvende andre fremstillingsmetoder. Sintering vil være en mulig alternativ metode til at fremstille en membran til mikrofiltrering. Denne metode går ud på at polymeren, i form af et fint pulver med en specifik kornstørrelse, komprimeres og smeltes, hvorved en membran dannes. En anden metode kunne være sporætsning, hvor polymeres smeltes om og ekstruderes til en tynd film. Filmen udsættes for en højpartikkelstråling, eksempelvis gennem en matrice, der beskadiger polymeren og danne nogle spor. Efterfølgende nedsænkes filmen i et syre- eller basebad der ætser polymeren væk i de dannede spor. Der kan være forskel på, hvilken metode der vil være anvendelig og bæredygtig alt efter, hvilken polymer der anvendes til membranen. Derfor bør der laves en vurdering af polymeren og dens egenskaber forud for udvælgelsen af metoden. Side 35 af 37

10 Litteraturliste [1] Picture Of Clean And Dirty Water In One Glass Isolated On White Background. Royalty Free Picture at FeaturePics.com. [Online]. Available: http://www.featurepics.com/online/clean-dirty-water-1855097.aspx. [Accessed: 26-May- 2014] [2] Billede børn henter vand. [Online]. Available: http://www.noedhjaelp.dk/nyheder/senestenyt/alle-taler-om-vejret. [Accessed: 25-Apr.-2014] [3] Water consumption Statistics - Worldometers. [Online]. Available: http://www.worldometers.info/water/. [Accessed: 11-Apr.-2014] [4] En ud af seks har ikke adgang til rent drikkevand. [Online]. Available: http://www.europarl.europa.eu/news/da/news-room/content/20110513sto19335/html/enud-af-seks-har-ikke-adgang-til-rent-drikkevand. [Accessed: 08-Apr.-2014] [5] Rent vand - Globalis.dk. [Online]. Available: http://www.globalis.dk/statistik/rent-vand. [Accessed: 08-Apr.-2014] [6] J.M. Montgomery, Water Treatment Principles and Design. 1985. [7] K.H. Clement, P. Fangel, A.D. Jensen, and K. Thomsen, Kemiske enhedsoperationer, 5. udgave. polyteknisk forlag, 2009. [8] Omvend Osmose vand. [Online]. Available: http://www.dit-vand.dk/oovand.html. [Accessed: 26-May-2014] [9] skema. [Online]. Available: http://www.shepardbros.com/presentation_view_file.php?id=31 [10] Sintering. [Online]. Available: http://click2science.com/patents-holding-up-3d-printing/. [Accessed: 26-May-2014] [11] it4ip - Track-etching process. [Online]. Available: http://www.it4ip.be/en_us/technology/process.html. [Accessed: 26-May-2014] [12] composite membrane. [Online]. Available: http://economy.matse.illinois.edu/membrane.htm. [Accessed: 26-May-2014] [13] L. Wenjun, FORMATION AND MICROSTRUCTURE OF POLYETHYLENE MICROPOROUS MEMBRANES THROUGH THERMALLY INDUCED PHASE SEPARATION-.pdf, Shanghai, 1995. [14] Kunststoffe im Alltag: Polyurethan. [Online]. Available: http://www.chemie.fuberlin.de/chemistry/kunststoffe/urethan.htm. [Accessed: 26-May-2014] Side 36 af 37