Die Trenneffizienz und Lebensdauer von Hohlfaser-Ultrafiltrationsmembranen hängen grundsätzlich von der Materialauswahl und Leistungsoptimierung ab. Derzeit lassen sich gängige Industriematerialien in zwei Kategorien einteilen: organische Polymere und anorganische Keramiken, jede mit ihren eigenen Eigenschaften und ihrer Eignung für unterschiedliche Anwendungsszenarien.
Organische Polymermaterialien werden aufgrund ihrer einfachen Verarbeitung und geringen Kosten am häufigsten verwendet. Polysulfon (PSF) ist ein typisches Beispiel, das über eine hervorragende mechanische Festigkeit und chemische Stabilität, einen weiten Temperaturbereich (-10 bis 80 Grad) und eine gute Beständigkeit gegenüber den meisten Säuren, Laugen und Oxidationsmitteln verfügt und häufig als Basismembran-Stützschicht verwendet wird. Polyethersulfon (PES) zeichnet sich durch Hydrophilie und Flux aus und wird aufgrund seiner geringen Proteinadsorptionseigenschaften häufig in Biopharmazeutika sowie in der Lebensmittel- und Getränkereinigung eingesetzt. Polyacrylnitril (PAN) hat eine starke Hydrophilie und gute Antifouling-Eigenschaften und eignet sich zur Behandlung von ölhaltigem Abwasser oder Wasserquellen mit geringer Trübung. Celluloseacetat (CA) verfügt über eine ausgezeichnete Biokompatibilität und wurde ursprünglich zur pharmazeutischen Reinigung verwendet, seine Temperatur- und pH-Anpassungsfähigkeit ist jedoch relativ schwach und es wird nach und nach durch neuere Materialien ersetzt. Modifiziertes Polyvinylidenfluorid (PVDF), das in den letzten Jahren auf den Markt kam, erhöht die Hydrophilie durch Mischen oder Oberflächenpfropfen und weist gleichzeitig eine Langzeitstabilität gegenüber starken Säuren und Laugen sowie Chloroxidation auf, was es zu einer bevorzugten Wahl für die hochwertige Wasseraufbereitung macht.
Inorganic materials, represented by ceramics such as alumina and zirconium oxide, are suitable for material separation under extreme conditions due to their ultra-high mechanical strength, high temperature resistance (>200 Grad) und starke Korrosionsbeständigkeit, wie z. B. die Behandlung von Fermentationsbrühen bei hohen Temperaturen oder die Reinigung stark saurer/alkalischer Medien. Allerdings schränken ihre hohen Herstellungskosten und ihre Sprödigkeit ihre großflächige Einführung ein.
Die Materialauswahl erfordert eine umfassende Berücksichtigung der Eigenschaften der Zufuhrflüssigkeit, der Betriebsbedingungen und der Wirtschaftlichkeit: Organische Membranen zeichnen sich durch Flexibilität und Kosteneffizienz aus und dominieren die konventionelle Wasseraufbereitung und Lebensmittelverarbeitung. Anorganische Membranen hingegen sind aufgrund ihrer Haltbarkeit in Spezialgebieten positioniert. Zukünftig wird die Optimierung der Materialeigenschaften durch Technologien wie Nanokompositierung und biomimetische Modifikation die Anwendungsgrenzen von Hohlfaser-Ultrafiltrationsmembranen weiter erweitern und bessere Lösungen für die Trennung komplexer Systeme bieten.
