CZ34712U1 - Filtrační membrána pro filtraci kapalin, zejména komunálních a průmyslových odpadních vod - Google Patents
Filtrační membrána pro filtraci kapalin, zejména komunálních a průmyslových odpadních vod Download PDFInfo
- Publication number
- CZ34712U1 CZ34712U1 CZ2020-38135U CZ202038135U CZ34712U1 CZ 34712 U1 CZ34712 U1 CZ 34712U1 CZ 202038135 U CZ202038135 U CZ 202038135U CZ 34712 U1 CZ34712 U1 CZ 34712U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- layer
- nanofibers
- filter membrane
- polymeric
- modified
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims description 69
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims description 15
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 15
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 title claims description 3
- 239000010841 municipal wastewater Substances 0.000 title claims 2
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 94
- 239000004753 textile Substances 0.000 claims description 39
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 36
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 19
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 claims description 13
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 13
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 13
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 8
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- -1 titanium ions Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 110
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 8
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 7
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 7
- 208000035874 Excoriation Diseases 0.000 description 6
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 6
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 6
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 5
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 4
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 3
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 3
- 239000004831 Hot glue Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- 241000588722 Escherichia Species 0.000 description 1
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 1
- 241000192125 Firmicutes Species 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003012 bilayer membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 description 1
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 1
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 239000008237 rinsing water Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/08—Filter cloth, i.e. woven, knitted or interlaced material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
Description
V současné době je známa celá řada textilních filtrů určených pro filtraci kapalin, zejména částicově kontaminované vody. ZCZ31410U je znám filtr obsahující nosnou vrstvu a nanovlákennou vrstvu, která má velmi malé póry (obvykle 0,5 až 1,2 pm) a tím zajišťuje záchyt i velmi malých částic včetně různých mikroorganismů. Nanovlákenná vrstva je umístěna na nátokové straně filtru a čištěna především nepřetržitým nebo dávkovaným otěrem vzduchovými bublinkami s různou velikostí a intenzitou otěru. Tímto však nanovlákenná vrstva trpí abrazí a může docházet k jejímu mechanickému poškození. Při takovém poškození nejsou zachovány podmínky filtrace, mikročástice a mikroorganismy se mohou dostat na odtokovou stranu filtru a tím snížit deklarovanou účinnost filtrace. Vzhledem ktomu, že běžně používané vrstvy polymemích nanovláken mají poměrně malou mechanickou odolnost a soudržnost, mají dvouvrstvé membrány složené jen z nanovlákenné vrstvy a nosné textilie jen omezenou životnost (obvykle laž 2 roky). Životnost pak úzce souvisí s typem filtrované kapaliny a míry jejího znečištění, ale i na tlakových poměrech při filtraci a na míře abraze dané intenzitou čištění povrchu membrány pomocí vzduchových bublinek. Navíc odloučené malé kousky nanovláken se dostávají do filtrované kapaliny a mohou vzhledem ke svým velikostem pronikat takovouto membránou a druhotně kontaminovat filtrovanou kapalinu.
Výše uvedené nevýhody se eliminují uzavřením složené nanovlákenné vrstvy mezi dvě mechanicky stabilní textilní vrstvy s vhodnou povrchovou úpravou. Takto můžeme spojit vrstvy s různou plošnou gramáží a tím i ovlivnit tlakový spád na membráně. Průnikem mikročástic a mikroorganismů přes krycí textilní vrstvu do vnitřní struktury vícevrstvé membrány však dochází k hloubkovému zanesení membrány, což snižuje průtok. Proto revitalizace takové membrány není založena jen na čištění vzduchovými bublinkami, ale především pulsním protiproudem, který vynese v objemu filtru usazené mikročástice zpět do filtrované kapaliny. Nevýhodou současných vícevrstvých membrán je špatná soudržnost jednotlivých vrstev a z toho vyplývající nebezpečí rozpadu nebo vnitřního rozdělení jednotlivých vrstev a poškození nanovlákenné vrstvy především při čištění a revitalizaci, ale také působením abraze během filtrace.
Cílem technického řešení je navrhnout vícevrstvou membránu s vnitřní vrstvou z polymemích nanovláken a způsob a parametry její revitalizace především protiproudem. Mechanicky stabilizovaná třívrstvá membrána nejen netrpí abrazí, a tedy lze s vyšší intenzitou používat revitalizace membrány jak vzduchovými bublinami, tak i vyššími tlaky a délkami pulsů při aplikaci střižných proudů nebo protiproudů. Tím lze eliminovat především mechanické nevýhody dvouvrstvých filtrů s nanovlákennou vrstvou umístěnou na nátokové straně, a tedy prodloužit fimkčnost a životnost filtrační membrány. U třívrstvých membrán se používá hustší síť pojících bodů při laminaci.
Podstata technického řešení
Cíle technického řešení je dosaženo filtrační membránou, jejíž podstata spočívá v tom, že vrstva polymemích nanovláken je vytvořena alespoň ze dvou podvrstev polymemích nanovláken
- 1 CZ 34712 UI o rozdílném průměru nanovláken a rozdílné velkosti pórů mezi nanovlákny v jednotlivých vrstvách a je modifikována teplotou a tlakem před uložením mezi nosnou textilní vrstvou a krycí textilní vrstvou, přičemž modifikovaná vrstva polymemích nanovláken má tloušťku 8 do 25 pm a její póry mají velikost obvykle od 0,35 do 0,65 pm, přičemž všechny vrstvy filtrační membrány jsou spojeny bodovou laminací. Vzhledem k malé tloušťce dvojité vrstvy polymemích nanovláken dochází na filtrační membráně k menšímu tlakovému spádu a zvětšení průtoku filtrované kapaliny při zachování stejné kvality - účinnosti filtrace.
Ve výhodném provedení je modifikovaná vrstva polymemích nanovláken vytvořena obvykle ze dvou podvrstev polymemích nanovláken, přičemž při zvlákňování před modifikováním je dolní podvrstva vytvořena z polymemích nanovláken o průměrech od 0,2 do 0,35 pm a velikosti pórů od 0,9 do 1,1 pm a horní podvrstva je vytvořena z polymemích nanovláken o průměrech od 0,1 do 0,25 pm a velikosti pórů od 0,7 do 0,9 pm.
V dalším výhodném provedení je modifikovaná vrstva polymemích nanovláken vytvořena ze tří podvrstev polymemích nanovláken, přičemž při zvlákňování před modifikováním je dolní podvrstva vytvořena z polymemích nanovláken o průměrech od 0,2 do 0,4 pm a velikosti pórů od 0,6 do 0,9 pm, střední podvrstva je vytvořena z polymemích nanovláken o průměrech od 0,15 do 0,25 pm a velikosti pórů 0,5 až 0,7 pm a horní podvrstva je vytvořena z polymemích nanovláken o průměrech od 0,1 do 0,15 pm a velikosti pórů od 0,3 do 0,6 pm.
Při tom je výhodné, jsou-li polymemí nanovlákna v modifikované vrstvě polymemích nanovláken v každé podvrstvě vyrobena z jiného polymemího materiálu. Kombinací polymemích materiálů lze dosáhnout lepší chemické odolnosti, pevnosti, životnosti a lepšího rozložení pórů v modifikované vrstvě polymemích nanovláken, tedy ovlivňovat fyzikální parametry membrány a její chemickou stabilitu.
V modifikované vrstvě polymemích nanovláken mají póry mezi nanovlákny velikost obvykle od 0,35 do 0,5 pm. Výhodou je vysoká odolnost vůči protisměrnému tlaku, odolnost vůči provoznímu tlaku a vysoká účinnost záchytu nerozpuštěných částic a patogenních bakterií typu E-coli a SA.
V dalším výhodném provedení je nosná textilní vrstva a/nebo krycí textilní vrstva ošetřena na povrchu svých vláken antibakteriálním prostředkem.
Přitom je výhodné, když antibakteriální prostředek obsahuje ionty stříbra a/nebo zinku a/nebo titanu a/nebo jejich kombinaci.
Koncentrace antibakteriálního prostředku ve filtrační membráně je v rozmezí 0,1 až 4 % hmotnosti vztaženo na hmotnost filtrační membrány.
S cílem dosažení maximální průtočnosti filtrační membrány zaujímá plocha pojících bodů bodové laminace spojující všechny vrstvy filtrační membrány maximálně do 8% plochy filtrační membrány.
Objasnění výkresů
Příklady uskutečnění předkládaného technického řešení budou vysvětleny na základě výkresů, kde značí obr. 1 schéma rozložení jednotlivých vlákenných vrstev filtrační membrány; obr. 2 způsoby čištění a revitalizace membrány pomocí vzduchových bublinek, střižného proudu a protiproudu; obr. 3 je SEM snímek hrubších podkladových nanovláken (zvětšeno 15 OOOx), průměr vláken PA6 je 253 run; obr. 4 je SEM snímek jemné vrstvy nanovláken (zvětšeno 15 OOOx), průměr vláken PA6 je 103 run; obr. 5 je SEM snímek nanovláken PVDF (zvětšeno 15 OOOx), průměr vláken 250 nm; obr. 6. Je snímek podkladové spundbondové vrstvy, konkrétně vrstva podkladového materiálu
-2 CZ 34712 UI
SB-30GMS (zvětšeno 500 x), průměr vláken je 1300 nm; a obr. 7. Je SEM snímek horní krycí vrstvy (TGENERIQUE_M_m), která je zvětšena také 500x. Průměr vláken je 2 pm.
Příklady uskutečnění technického řešení
Konstrukce filtrační membrány s nanovlákennou vrstvou a variantní způsoby jejího čištění a revitalizace jsou závislé na typu čištěné kapaliny. Tou je obvykle komunální voda po předchozí úpravě (biologickým čištěním, vločkováním, sedimentací), různé typy průmyslových odpadních vod a oplachových vod, ale i dešťové vody a různé další odpadní kapaliny z průmyslové výroby. Tato filtrační membrána je obvykle na svých krajích navařena na nosnou desku s drenážní soustavou a odvodem filtrované vody/kapaliny.
Filtrační membrána 1 bude dále popsána v základním provedení, které je znázorněno na Obr. 1. Filtrační membrána 1 je uložena na nosné desce 2 opatřené drenážní soustavou 21 připojenou na známý neznázoměný odtok filtrované vody. Filtrační membrána 1 obsahuje nosnou textilní vrstvu 11. která je tvořena vhodnou standardní textilií, nebo netkanou textilií, například typu spunbond s vhodnou gravurou a případnou další povrchovou úpravou. Obvyklá vhodná plošná hmotnost textilie nosné textilní vrstvy 11 je 60 až 120 g/m2. Na nosné textilní vrstvě 11 je uložena modifikovaná vrstva 12 polymemích nanovláken, která je ve znázorněném provedení dvojitá a je tvořena dolní podvrstvou 121 a horní podvrstvou 122 polymemích nanovláken. Modifikovaná vrstva 12 polymemích nanovláken je překryta krycí textilní vrstvou 13, která je tvořena buď vhodnou tkanou textilií, nebo netkanou textilií typu spunbond.
Modifikovaná vrstva 12 polymemích nanovláken je ve znázorněném provedení předem připravena elektrostatickým zvlákňováním, například podle CZ 304137 nebo CZ 306772. Během zvlákňování se nanovlákna ukládají na povrch silikonového papim, nebo jiného podobného nepřilnavého materiálu, na kterém postupně vytvoří dvě podvrstvy, dolní podvrstvu 121 polymemích nanovláken s průměrem vláken 0,2 až 0,35 pm, plošnou hmotností 0,5 g/m2, tloušťkou 6 pm a průměrnou velikostí pórů 0,9 až 1,1 pm. Na tuto podvrstvu se následně stejným způsobem nanese horní pod vrstva 122 polymemích nanovláken s průměrem vláken 0,1 až 0,25 pm, plošnou hmotností 1,4 g/m2, tloušťkou 15 pm a velikostí pórů 0,7 až 0,9 pm. Vytvořená vrstva polymemích nanovláken obsahující dvě podvrstvy se následně modifikuje působením zvýšeného tlaku, obvykle v rozmezí 0,1 až 1 MPa, s výhodou 0,1 až 0,5 MPa, a zvýšené teploty, obvykle v rozmezí 50 až 110 °C podle konkrétního materiálu nanovláken. Tato modifikace probíhá buď kontinuálně pomocí vyhřívaného fuláru a obvykle za vyšších teplot a působících tlaků nebo dávkově pomocí desek vyhřívaného lisu. Ve druhém případě je doba lisování v rozmezí 1 až 6 minut podle konkrétního materiálu nanovláken. Touto úpravou dojde k modifikování vrstvy 12 polymemích nanovláken a zmenšení velikosti pórů na 40 až 50 % původní velikosti. Největší póry neupravené struktury vrstvy 12 polymemích nanovláken jsou obvykle 0,9 až 1,2 pm a po užití fulám, resp. lisování mají největší póry velikost 0,5 až 0,7 pm. Důležité je zvolit správnou teplotu této úpravy, aby nanovlákna pouze změkla a pod působícím tlakem se plasticky deformovala a vrstva 12 polymemích nanovláken se modifikovala a zpevnila v ploše. Volba tlaku a teploty zvolená pro modifikaci vrstvy 12 nanovláken je též závislá na kapalině, kterou budeme filtrovat a na požadavcích na parametry filtrace (účinnost, průtok). Obecně platí, že zvyšováním tlaku a teploty se zvyšuje účinnost filtrace a klesá průtok. Důležitý je i poměr mezi volbou tlaku a teploty.
V ne znázorněné variantě je modifikovaná vrstva 12 polymemích nanovláken složena ze tří podvrstev, z nichž dolní podvrstva je vytvořena z nanovláken o průměru cca 0,2 až 0,4 pm a velikosti pórů 0,6 až 0,9 pm. Střední podvrstva je vytvořena z nanovláken o průměrech 0,15 až 0,25 pm a velikosti pórů 0,5 až 0,7 pm. Horní podvrstva je vytvořena z nanovláken o průměrech 0,1 až 0,15 pm a velikosti pórů 0,3 až 0,6 pm. Další mechanickou úpravou nanovlákenné vrstvy pomocí zvýšeného tlaku a teploty lze dosáhnout modifikace, která sníží velikost pórů tak, že největší póry mají velikost v intervalu 0,4 až 0,5 pm. Taková filtrační membrána umožní záchyt jak mikročástic, tak i důležitých mikroorganismů jakými jsou např. tyčinkové bakterie Escherichia
-3CZ 34712 UI coli (EC), jejichž velikost je obvykle 0,6 až 2 pm. Podobně filtrační membrána zachytí i bakterie kmene Staphylococcus aureus (SA), které mají kulovitý až oválný tvar s rozměry v intervalu 0,8 až 2,5 pm.
Vhodným polymerem pro přípravu nanovláken je zejména polyamid 6 (PA6), který má dobré hydrofilní vlastnosti a membrány s využitím PA6 mají vyšší průtok ve srovnání s jinými materiály. Na druhé straně není vhodné tyto materiály používat v prostředí s nízkým pH, doporučené použití je pro pH větší než 4. Dalšími vhodnými polymery jsou například polyakrylonitril (PAN) a polyvinylidenfluorid (PVDF), které mají lepší chemickou stabilitu než PA6 a nedegradují ani při nízkých hodnotách pH. Na druhé straně jsou podle povrchové úpravy obvykle hydrofobní a jejich užitím dosáhneme menších výkonů v průtoku filtrem.
Nosná textilní vrstva 11 může být modifikována nanesením antibakteriální látky, ve výhodném provedení nanesením sólu aktivovaného stříbrem a/nebo zinkem a/nebo titanem, které jsou účinné především na Escherichia coli a podobné kmeny bakterií. Pro nanášení je vhodný postup popsaný v CZ 305045, který popisuje nanášení antibakteriální látky pomocí nanášecího válce, přičemž vhodným seřízením posuvů látky a otáček nanášecího válce lze ovlivnit množství nanesené látky na plošnou jednotku. Po nanesení se antibakteriální látka do textilie nosné textilní vrstvy 11 zalaminuje, čímž se na vláknech textilie nosné textilní vrstvy 11 vytvoří tenký povlak antibakteriální látky.
Alternativním způsobem nanášení antibakteriální látky na nosnou textilní vrstvuje pak možnost namočení textilie ve vaničce a následné ždímání na kalandru za vhodného přítlaku 0,3 až 4 kN/m2. Následně je třeba nosnou textilní vrstvu stabilizovat sušením za teploty do 130 °C. Vhodným množstvím pro dosažení dostatečné aktivity této vrstvy je dosažení nánosu sušiny cca 3 až 7 % hmotnosti textilie.
Textilie krycí textilní vrstvy 13 je obvykle povrchově modifikována plazmatickou úpravou a nanesením hydrofobní povrchové vrstvy z důvodu snazšího čištění a revitalizace filtrační membrány. Textilie krycí textilní vrstvy 13 je ve výhodném provedení rovněž upravena nanesením antibakteriální látky, přičemž ve výhodném provedení se krycí vrstva modifikuje nanášením sólu aktivovaného ionty stříbra, které jsou aktivní na gramnegativní i grampozitivní bakterie. Způsob nanášení je stejný jako u výše uvedené nosné textilní vrstvy 11. Po nanesení se antibakteriální látka do textilie krycí textilní vrstvy 13 zalaminuje, čímž se na vláknech textile krycí textilní vrstvy 13 vytvoří tenký povlak antibakteriální látky. Antibakteriální povrchová úprava zabrání nebo velmi zpomalí množení zachycených bakterií a možnost jejich zarůstání do membrány. Tuto skutečnost musíme i zohlednit v provozních podmínkách užití membrán, které pak vyžadují v předepsaných časových etapách provedení celkové očisty membránového modulu. Koncentrace antibakteriálního prostředku ve filtrační membráně 1 je v rozmezí 0,1 až 4 % hmotnosti vztaženo na hmotnost filtrační membrány L
Při výrobě filtrační membrány se na nosnou textilní vrstvu 11 nanese obvykle nanášecím válcem nebo posypem vhodného adheziva na bázi PUR, nebo jiného vhodného tavného lepidla. Modifikovaná vrstva 12 polymemích nanovláken uložená na speciálním nepřilnavém papíře, obvykle silikonovém papíře, se přenese na připravenou nosnou textilní vrstvu 11 a nalaminuje se na ni. V dalším kroku se nanese vhodné adhezivo na bázi PUR nebo jiného vhodného tavného lepidla nanese na krycí textilní vrstvu 13. která se přiloží na modifikovanou vrstvu 12 polymemích nanovláken uloženou/fixovanou na nosné textilní vrstvě 11 a laminací se s ní spojí, čímž se vytvoří filtrační membrána 1.
-4CZ 34712 UI
Dále jsou uvedeny dva příklady výroby a užití vrstvené filtrační membrány podle výše uvedeného technického řešení.
Příklad 1
Elektrostatickým zvlákňováním PA6 se v elektrickém poli mezi strunovou zvlákňovací elektrodou, na kterou je přivedeno stejnosměrné napětí, a uzemněnou sběrnou elektrodou vytvoří nanovlákna PA6. Tato nanovlákna se během zvlákňování zachytávají na povrchu silikonového papíru, na kterém postupně vytvoří plošnou vrstvu s hmotností 0,5 g/m2, tloušťkou vrstvy 6 pm a průměrným průměrem pórů 0,7 až 1,1 pm. SEM snímek této nanovlákenné vrstvy při zvětšení 15 OOOx je na obr. 3.
Na tuto vrstvu je dále navlákněna obdobným způsobem další vrstva nanovláken PA6 s tenčím průměrem nanovláken. Tím vznikne dvouvrství nanovláken PA6 s plošnou hmotností 1,4 g/m2 a tloušťkou 15 pm. Průměr pórů druhé vrstvy je 0,3 až 0,7 pm. SEM snímek této druhé nanovlákenné vrstvy při zvětšení 15 OOOx je na obr. 4.
Následně je toto souvrství nanovláken PA6 podrobeno tlaku a teplotě. Tím vznikne kompaktní modifikovaná nanovlákenná vrstva PA6 o tloušťce cca 6 pm a střední hodnotě velikosti pórů 0,5 pm.
Na zvolenou vhodnou nosnou textilní vrstvu na bázi biko PES/PET o gramáži 80 g/m2 je válečkem nanesena vrstva antibakteriálního sólu AMS19-B. Následně je vrstva síťována/zalaminována. Dále jsou pak pomocí zařízení dotcoat naneseny body PUR adhesiva a následně je užitím kalandru přitisknuta modifikovaná vrstva nanovláken a spojena s nosnou textilní vrstvou.
Konečně je na krycí textilní vrstvu na bázi spundbond PET o plošné hmotnosti 80 g/m2 válečkem nanesena vrstva antibakteriálního sólu AMS19-A a následně je vrstva síťována/zalaminována. Dále jsou opět pomocí zařízení dotcoat naneseny body PUR adhesiva a následně užitím kalandru je krycí textilní vrstva spojena s modifikovanou vrstvou nanovláken a s nosnou textilní vrstvou.
Výše uvedeným způsobem byla vytvořena vrstvená filtrační membrána, která je určena především pro upravené komunální vody s následujícím výsledkem: průtočnost filtrační membrány pro výstupní vodu z účinné biologické čistírny je minimálně 60 1/hod/m2 při tlakovém spádu 10 kPa. Odolnost vůči protisměrnému tlaku je 300 kPa, odolnost vůči provoznímu tlaku je 450 kPa, účinnost záchytu nerozpuštěných částic je 99% a účinnost záchytu patogenních bakterií typu E-coli a SA je 98,5%.
abulka 1. Charakterizace membrány 2xPA6
| Průměr vláken [nm] | Průměr pórů [nm] | Tloušťka membrány [pm] | Limitní přímý tlak [kPa] | Limitní zpětný tlak [kPa] | Průtok na kohoutkové vodě [1/kPa/m2] | |
| Od | 100 | 400 | 10 | 300 | 230 | 0,08 |
| Do | 300 | 600 | 25 | 480 | 320 | 0,25 |
Příklad 2
Elektrostatickým zvlákňováním roztoku PVDF se v elektrickém poli mezi strunovou zvlákňovací elektrodou, na kterou je přivedeno stejnosměrné napětí, a uzemněnou sběrnou elektrodou se vytvořila nanovlákna PVDF. Tato nanovlákna se během zvlákňování zachytávala na povrchu silikonového papíru, na kterém postupně vytvořila plošnou vrstvu s hmotností 0,7 g/m2 a tloušťkou 8 pm a průměrným průměrem pórů 0,5 až 0,9 pm.
-5CZ 34712 UI
Na tuto vrstvu byla dále navlákněna vrstva PA6, která vznikla elektrostatickým zvlákňováním. Tato nanovlákna se během zvlákňování zachytávala na vrstvu nanovláken PVDF, na kterém postupně vytvořila plošnou vrstvu s hmotností 1,7 g/m2 a tloušťkou 18 pm a průměrným průměrem pórů 0,4 až 0,7 pm. SEM snímek této nanovlákenné vrstvy při zvětšení 15 OOOx je na obr. 5.
Následně bylo toto souvrství nanovláken PA6+PVDF podrobeno vhodnému tlaku v rozmezí 0,5 až 0,9 MPa a zvýšené teplotě. Tím vznikla kompaktní modifikovaná nanovlákenná vrstva PA6+PVDF o tloušťce 8 pm a střední hodnotě velikosti pórů 0,45 pm.
Na zvolenou nosnou textilní vrstvu na bázi biko PES/PET o gramáži 60 až 100 g/m2 se válečkem nanesla vrstva antibakteriálního sólu AMS19-B a následně je povrchově upravená textilní vrstva síťována. Dále pak byly pomocí zařízení dotcoat naneseny body PUR adhesiva a následně byla užitím kalandru přitisknuta vrstva nanovláken.
Konečně byla na krycí textilní vrstvu na bázi spundbond PET o plošné hmotnosti 60 až 80 g/m2 válečkem nanesena vrstva antibakteriálního sólu AMS19-A a následně byla povrchově upravená vrstva síťována. Dále byly opět pomocí zařízení dotcoat naneseny body PUR-adhesiva a následně užitím kalandru byla krycí textilní vrstva přitisknuta k modifikované vrstvě nanovláken a s ní spojena.
Výše uvedeným způsobem byla vytvořena vrstvená filtrační membrána podle popsaného technického řešení, která je určena především pro upravené komunální vody s následujícím výsledkem: průtočnost filtrační membrány je výstupní vodu z biologické čistírny minimálně 12 1/hod/m2 při tlakovém spádu 10 kPa. Odolnost vůči protisměrnému tlaku je 350 kPa, odolnost vůči provoznímu tlaku je 550 kPa, účinnost záchytu nerozpuštěných částic je 99,5% a účinnost záchytu patogenních bakterií typu E-coli a SA je 99,5%.
Výše popsané filtrační membrány lze vzhledem k jejich kompaktnosti a pevnosti spojení jednotlivých vrstev čistit a revitalizovat pomocí vzduchových bublinek a/nebo střižného proudu směrovaného proti plochám membrán a/nebo pomocí protiproudu s vysokou intenzitou procházejícího membránou ve směru opačném než filtrovaná kapalina, jak je znázorněno na obr. 2 bez nebezpečí porušení modifikované vrstvy nanovláken.
abulka 2. Charakterizace membrány PVDF-PA6
| Průměr vláken [nm] | Průměr pórů [nm] | Tloušťka membrány [pm] | Limitní přímý tlak [kPa] | Limitní zpětný tlak [kPa] | Průtok na kohoutkové vodě [1/kPa/m2 /s] | |
| Od | 100 | 350 | 8 | 380 | 260 | 0,05 |
| Do | 350 | 650 | 18 | 550 | 350 | 0,2 |
Průmyslová využitelnost
Filtrační membrána podle uvedeného technického řešení je určena pro filtraci různých kapalin, zejména kontaminované vody částicovými příměsemi, respektive mikroorganismy. Pokud uplatníme různé verze membrán s různou afinitou k různým kapalinám, mohou takové skladby filtračních zařízení sloužit pro široké uplatnění dalšího využití technických i komunálních vod. Vhodnou skladbou membrány s povrchovou úpravou lze oddělovat i nemísitelné kapaliny (olej/voda). Zařízení bylo ověřeno na několika aplikacích při čištění akumulovaných dešťových vod, resp. komunálních vod.
Claims (9)
1. Filtrační membrána pro filtraci kapalin, zejména komunálních a průmyslových odpadních vod, obsahující nosnou textilní vrstvu (11), na níž je uložena vrstva (12) polymemích nanovláken, která je překryta krycí textilní vrstvou (13), vyznačující se tím, že vrstva (12) polymemích nanovláken je vytvořena alespoň ze dvou podvrstev (121, 122) polymemích nanovláken o rozdílném průměru nanovláken a rozdílné velikosti pórů mezi nanovlákny v jednotlivých podvrstvách a je modifikována teplotou a tlakem před uložením mezi nosnou textilní vrstvou (11) a krycí textilní vrstvou (13), přičemž modifikovaná vrstva (12) polymemích nanovláken má tloušťku od 8 do 25 pm a její póry mají velikost od 0,35 do 0,65 pm, přičemž všechny vrstvy (11, 12, 13) filtrační membrány (1) jsou spojeny bodovou laminací.
2. Filtrační membrána podle nároku 1, vyznačující se tím, že modifikovaná vrstva (12) polymemích nanovláken je vytvořena ze dvou podvrstev (121, 122) polymemích nanovláken, přičemž při zvlákňování před modifikováním je dolní podvrstva (121) vytvořena z polymemích nanovláken o průměrech od 0,2 do 0,35 pm a velikosti pórů od 0,9 do 1,1 pm a horní podvrstva (122) je vytvořena z polymemích nanovláken o průměrech od 0,1 do 0,25 pm a velikosti pórů od 0,7 do 0,9 pm.
3. Filtrační membrána podle nároku 1, vyznačující se tím, že modifikovaná vrstva (12) polymemích nanovláken je vytvořena ze tří podvrstev polymemích nanovláken, přičemž při zvlákňování před modifikováním je dolní podvrstva vytvořena z polymemích nanovláken o průměrech od 0,2 do 0,4 pm a velikosti pórů od 0,6 do 0,9 pm, střední podvrstva je vytvořena z polymemích nanovláken o průměrech od 0,15 do 0,25 pm a velikosti pórů 0,5 až 0,7 pm a horní podvrstva je vytvořena z polymemích nanovláken o průměrech od 0,1 do 0,15 pm a velikosti pórů od 0,3 do 0,6 pm.
4. Filtrační membrána podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že polymemí nanovlákna v modifikované vrstvě (12) polymemích nanovláken jsou v každé podvrstvě vyrobena z jiného polymemího materiálu.
5. Filtrační membrána podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že póry mezi nanovlákny v modifikované vrstvě (12) polymemích nanovláken mají velikost od 0,35 do 0,5 pm.
6. Filtrační membrána podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nosná textilní vrstva (11) a/nebo krycí textilní vrstva (13) je na povrchu svých vláken ošetřena antibakteriálním prostředkem.
7. Filtrační membrána podle nároku 6, vyznačující se tím, že antibakteriální prostředek obsahuje ionty stříbra a/nebo zinku a/nebo titanu.
8. Filtrační membrána podle libovolného z nároků 4 nebo 5, vyznačující se tím, že koncentrace antibakteriálního prostředku ve filtrační membráně (1) je v rozmezí 0,1 až 4 % hmotnosti vztaženo na hmotnost filtrační membrány (1).
9. Filtrační membrána podle libovolného z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že plocha pojících bodů bodové laminace spojující všechny vrstvy (1, 12, 13) filtrační membrány (1) zaujímá maximálně do 8% plochy filtrační membrány (1).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-38135U CZ34712U1 (cs) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | Filtrační membrána pro filtraci kapalin, zejména komunálních a průmyslových odpadních vod |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-38135U CZ34712U1 (cs) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | Filtrační membrána pro filtraci kapalin, zejména komunálních a průmyslových odpadních vod |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ34712U1 true CZ34712U1 (cs) | 2020-12-22 |
Family
ID=74566331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2020-38135U CZ34712U1 (cs) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | Filtrační membrána pro filtraci kapalin, zejména komunálních a průmyslových odpadních vod |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ34712U1 (cs) |
-
2020
- 2020-10-20 CZ CZ2020-38135U patent/CZ34712U1/cs active Protection Beyond IP Right Term
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Aslan et al. | A novel nanofiber microfiltration membrane: Fabrication and characterization of tubular electrospun nanofiber (TuEN) membrane | |
| KR102289676B1 (ko) | 축전식 탈염전극 모듈, 그의 제조방법 및 이를 이용한 탈염장치 | |
| KR102064358B1 (ko) | 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
| KR101739845B1 (ko) | 나노섬유 복합 섬유사를 이용한 카트리지 필터 및 그 제조방법 | |
| KR101628205B1 (ko) | 일방향 전이 기능을 갖는 창상 피복재 및 그의 제조방법 | |
| CN110087753A (zh) | 过滤器滤材、其制造方法及包括其的过滤器单元 | |
| CN104138687A (zh) | 由用于过滤移除病原体的无粘着剂薄织物支撑的杀生物剂负载静电纺丝纳米纤维 | |
| Wasim et al. | Electrospinning: a fiber fabrication technique for water purification | |
| US20140339148A1 (en) | Silver-coated nanofibers fabrics for pathogen removal filtration | |
| KR20190010213A (ko) | 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
| KR20190010502A (ko) | 해수담수화 장치 | |
| KR102576129B1 (ko) | 필터여재 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
| KR102157444B1 (ko) | 고성능 공기정화필터용 다중층 구조 필터여재 | |
| CZ34712U1 (cs) | Filtrační membrána pro filtraci kapalin, zejména komunálních a průmyslových odpadních vod | |
| KR102063675B1 (ko) | 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
| JP2019118907A (ja) | 半透膜用支持体 | |
| KR102576134B1 (ko) | 필터여재 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
| KR102751767B1 (ko) | 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
| Kimmer et al. | Reinforced Fluorinated Copolymer and Polyurethane Electrospun Layered Nanofiber‐Based Membranes for Effective Model Water Dead‐End Microfiltration | |
| KR20180134773A (ko) | 필터여재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 필터유닛 | |
| Sakpal et al. | Application of nonwovens for water filtration | |
| Khan Mohammadi et al. | High flux nanofibrous membranes for colored effluent treatment | |
| KR102109457B1 (ko) | 수처리 시스템 | |
| CZ31410U1 (cs) | Filtr pro filtraci kapalin, zejména odpadní nebo povrchové vody | |
| JP2017042691A (ja) | 膜分離活性汚泥処理用半透膜用支持体の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20201222 |
|
| ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20241008 |