DD152479A1 - Verfahren zur herstellung asymmetrischer membranen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung asymmetrischer Membranen fuer die Ultrafiltration und/oder Umkehrosmose mit guter mechanischer Stabilitaet, hoher Leistung und verbesserter Eigenschaften durch Zusatz magnetischer Stoffe und Einwirkung eines inhomogenen Magnetfeldes. Magnetfeld und/oder loesungs- bzw. schmelzfluessiger Polymerformkoerper werden gegeneinander gleichfoermig oder oszillierend bewegt. Die Einwirkungszeit des Magnetfeldes betraegt 1-180 sec.

Description

Verfahren zur Herstellung asymmetrischer Membranen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von asymmetrischen Membranen mit hohem Stoffdurchsatz für die Ultrafiltration und/oder Umkehrosmose in der Nahrungsmittelindustrie, Medizintechnik und Abwasserbehandlung·

Charakteristik der bekannten technischenLösungen

Ultrafiltration- und Umkehrosmosemembranen werden aus den Lösungen bestimmter filmbildender Polymerer hergestellt* Die Lösungen werden zu dünnen Filmen ausgestrichen und nach Passage einer mehr oder.minder langen Luftstrecke in einem Koagulationsbad gefällt*

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Es entsteht eine asymmetrische Membranstruktur: eine dichte für den .Stofftrennprozeß verantwortliche und relativ dünne Deckschicht wird von einer vergleichsweise dicken und porösen Stützschicht getragen. Die Membranen können in sowohl flächiger als auch in anderer geometrischer Form hergestellt werden (US-PS 3 483 282, US-PS 3 344 214, US-PS 3 703 962). Der Stoffdurchsatz durch diese Membranen ist von der Dicke ihrer trennaktiven Deckschicht abhängige Aus Gründen der erforderlichen mechanischen Stabilität. kann die Membrandicke nicht beliebig verringert werden· Selbsttragende ultradünne Membranen besäßen zwar den anzustrebenden hohen Durchsatz, sind aber mechanisch völlig instabil und deshalb nicht handhabbar« Es ist bekannt, die Membranfestigkeit durch das Composite (Träger)-Prinzip zu erhöhen· Hierbei wird der Membranfilm im Verbund mit einem geeigneten porösen Trägermaterial.in flächiger oder Röhrenform hergestellt (US-PS 3 834 545» US-PS 3 929 945, DE-OS 2 453 128, DE-AS 2 342 226, DE-AS

2 037 186).

Es sind ferner Membranen auf.Kapillarbasis bekannt (US-PS

3 724 672, DE-OS 2 619 2507), unter anderen auch mit Zusätzen fein dispergierter und im gesamten Membranquerschnitt vorhandener Partikel (DE-AS 2 627 858) _e -Es hat nicht an Versuchen gefehlt, leistungsfähige Membranen unter" Zusatz, von Porenbildnern herzustellen.» Diese werden in die Polymerlösung eingetragen und wirken entweder auf Grund ihrer Stoffindifferenz gleichsam wie Poren in der Membranmatrix (DE-AS 2 552 282, DE-OS 2 340 176) oder bilden echte Poren (DE-AS 2 539 408). Alle diese Stoffe sind in der Membrangießlösung gleichmäßig dispergiert, d. h. es wird durch sie keine Strukturasymmetrie ausgebildet. Es sei denn, man setzt so große und damit entsprechend schwere Partikel ein, daß ein Absetzen durch Gravitationskraft möglich wird (DE-AS 2 340 176) oder man

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beschleunigt diesen Prozeß durch Anlegen eines Magnetfel des nach Eintragen ferromagnetischer Zusatzstoffe in die Polymericsung (DD-PS Anmeldung B.01 D/212 016), wodurch, sich, asymmetrische Membranen mit hoher Leistung bei guter mechanischer Festigkeit erreichen lassen. Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die solcherart hergestellte Membran wegen der zur Sedimentation der ferromagnetischen Partikel notwendigen Inhomogenität des Magnetfeldes nur über kleine Flächenbereiche eine nahezu einheitliche Struktur haben kann. Wegen des unterschiedlichen Grades der Strukturausbildung innerhalb der Membran kann der.Vorteil des Verfahrens nur partiell ausgeschöpft werden.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, asymmetrische Membranen für hohen Stoffdurchsatz bei guter mechanischer Stabilität herzustellen* Dieses Verfahren soll sich gegenüber dem bekannten dadurch auszeichnen, daß bei hoher Leistung und Wirtschaftlichkeit Membranen mit verbesserten Eigenschaften entstehen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

- Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von asymmetrischen Membranen hoher Festigkeit durch. Eintragen magnetischer Zusatzstoffe und Einsatz eines inhomogenen Magnetfeldes zu entwickeln.

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Merkmale der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das inhomogene Magnetfeld und/oder der vorgeformte aber noch lösungsmittel- bzw. schmelzflüssige Polymerformkörper gegeneinander bewegt werden. Je nach Sedimentationsgeschwindigkeit der ferro- und ferrimagsetischen Partikel, die von der Viskosität der Lösung, der Größe des Feldgradienten und der Partikelgröße abhängt, ist eine gleichförmige oder eine oszillatorische Bewegung notwendig. Für die oszillatorische Bewegung wird eine Frequenz von 3 bis 50 Hz, vorzugsweise 5 bis 15 Hz eingestellt. Bei kontinuierlicher Membranherstellung ist die Einwirkungszeit des Magnetfeldes durch die vorgewählte Abzugsgeschwindigkeit und die Abkühl- bzw. Abdunstzeit mit entsprechenden Grenzen vorgegeben. Unabhängig von der Art der Bewegung des Magnetfeldes und/oder der der Polymerformkörper muß das inhomogene Magnetfeld 1 bis 180 see, vorzugsweise 30 bis 60 see. auf den vorgeformten noch flüssigen Polymerformkörper einwirken. Durch, eine Folge mehrerer mit alternierender Polarität angeordneter Magnetfelder läßt sich die Einwirkungszeit verlängern. Auf diese Weise können großflächige Membranen mit einheitlicher Struktur hergestellt werden. Das Verfahren ist für alle filmbildenden Polymere sowohl in Lösung als auch, in der Schmelze anwendbar. Andere geometrische Membranformen (Schlauch-.und Kapillarmembranen) sind ebenfalls herstellbar, wenn die Magnetfelder entsprechend angepaßt werden.

Ausführunffsbeispiele:

1. Zu einer filtrierten Polymerlösung aus 15 % Celluloseacetat in Aceton/Formamid werden 3 % Eisenpulver (Partikelgröße 80 % = 1,28 /um) zugegeben. Nach Entlüftung der Suspension wird die Lösung auf einer ebenen Unterlage zu einem 0,3 ami dicken Film vergossen.

Unter der den Film tragender) Unterlage oszilliert ein inhomogenes Magnetfeld mit einer Frequenz von 5 Hz. • Nach .einer Einwirkungszeit von 60 see», bei gleichzeitiger teilweiser Abduristung der leichtflüchtigen Lösungsmittelkomponente, und Fällung des Filmes in Wasser bei 20 ⁰C werden die Eisenpartikelchen aus der entstandenen Membran durch Einlegen in Citrapuffer bei pH = 4«0 über 24 h. herausgelöst. Für die Membranen wurde folgende Trennleistung ermittelt:

Filtratstromdich.te J_y = 55 l/h m²; Selektivität/= 70 % bei einem Druck ρ = 0,3 IiIPa und Polyethylenglykol PEG 20 als Teetsubstanz mit 1 g/l Wasser»

2. Zu einer filtrierten Polymerlösung von 13 % Celluloseacetat in Aceton/Formamid werden 3 % Eisenpulver (Partikelgröße 80 % - 1,28 /um) zugegebene Mach Entlüftung der Suspension wird die Lösung auf ein Trägermaterial (naßreißfestes Filterpapier vom Typ 488 Έ) als 0,3 mm dicker Film kontinuierlich aufgestrichen» Mit einer Geschwindigkeit von 3 cm/sec wird das mit der Celluloseacetatlösung beschichtete Papierband über ein in der Abdunstzone befindliches inhomogenes Magnetfeld geführt» Nach. Fällung in Wasser bei 20 ⁰C werden die Eisenpartikel aus dem entstandenen Composite-Membran-Band durch. Einlegen in Citratpuffer bei pH = 4*0 über 24 h herausgelöst. Für die Membranen wurde folgende Trennleistung gefunden?

Filtratstromdichte J_y = 200 l/h m²; Selektivität/= 50 % bei einem Druck ρ = 0,3 ¹^³- ^und Dextran T 110 als Testsubstanz mit 1 g/l Y/asser.

Claims (5)

22 3260 Erfindungsanspruch

1· Verfahren zur Herstellung asymmetrischer Membranen durch. Zusatz ferro- und ferrimagnetischer Partikel zur Polymerlösung oder Polymerschmelze und Einwirkung, eines inhomogenen Magnetfeldes, gekennzeichnet dadurch, daß das Magnetfeld, und/oder der vorgeformte flüssige Polymerformkörper gegeneinander bewegt werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Magnetfeld und/oder der Polymerformkörper gleichförmig gegeneinander bewegt werden·

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Magnetfeld und/oder der Polymerformkörper oszillieren»

4· Verfahren nach. Punkt 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Magnetfeld und/oder der Polymerformkörper mit 3-50 Hz vorzugsweise mit 5-15 Hz - oszillieren.

5· Verfahren nach Punkt 1-4, gekennzeichnet dadurch, daß das Magnetfeld 1-180 see - vorzugsweise 30-60 see - auf den flüssigen Polymerformkörper einwirkt.