DD292846A5 - USE OF SYMPLEXMEMBRANES FOR PERVAPORATION - Google Patents

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DD292846A5
DD292846A5 DD33874989A DD33874989A DD292846A5 DD 292846 A5 DD292846 A5 DD 292846A5 DD 33874989 A DD33874989 A DD 33874989A DD 33874989 A DD33874989 A DD 33874989A DD 292846 A5 DD292846 A5 DD 292846A5
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pervaporation
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DD33874989A
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Hans-Hartmut Schwarz
Klaus Richau
Eva-Maria Jacob
Dieter Paul
Mathias Hahn
Wolfgang Wagenknecht
Irene Schroeter
Norbert Radke
Herbert Roedicker
Eberhard Oschatz
Hans Schubert
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Akad Wissenschaften Ddr
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Symplexmembranen fuer die Pervaporation. Die verwendeten Membranen werden auf Grundlage waeszriger Loesungen von Natriumcellulosesulfat als Polyanion und linearem oder verzweigtem Poly(dimethyldiallylammoniumchlorid) als Polykation zu Filmen von jeweils 0,1 bis 0,3 mm Dicke uebereinander ausgestrichen und formiert. Diese Symplexmembranen koennen trotz ihrer poroesen morphologischen Struktur vorteilhaft zur Entwaesserung organischer Loesungsmittel, insbesondere aliphatischer Alkohole, mittels Pervaporation verwendet werden, wobei ausgezeichnete Leistungsparamter erreicht werden.{Symplexmembranen; Cellulosesulfat; Poly(dimethyldiallylammoniumchlorid); Verwendung; Pervaporation; Entwaesserung; Loesungsmittel; Wasseranteil; Leistungsparameter; Trennfaktor; Filtratstromdichte}The invention relates to the use of symplex membranes for pervaporation. The membranes used are coated and formed on the basis of aqueous solutions of sodium cellulose sulfate as polyanion and linear or branched poly (dimethyldiallylammonium chloride) as a polycation to form films of 0.1 to 0.3 mm thickness. These symplex membranes, in spite of their porous morphological structure, can be advantageously used to dewater organic solvents, especially aliphatic alcohols, by pervaporation, achieving excellent performance parameters. Cellulose sulfate; Poly (dimethyldiallylammonium chloride); Use; pervaporation; Drainage; Solvent; Water content; Performance parameters; Separation factor; Filtratstromdichte}

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Symplexmembranen für die Pervaporation, die vorzugsweise in der chemischen Industrie, Lebensmittelindustrie und Biotechnologie zur Entwässerung von organischen Lösungsmitteln - die sich dem Trennmittel gegenüber inert verhalten -, vorzugsweise von Alkoholen, eingesetzt werden können.The invention relates to the use of symplex membranes for pervaporation, which are preferably used in the chemical industry, food industry and biotechnology for dehydration of organic solvents - which are inert to the release agent -, preferably of alcohols.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es ist allgemein bekannt, daß für Stofftrennprozesse mittels Pervaporation nichtporöse Membranen eingesetzte irden müssen. Entsprechende, speziell für die Entwässerung von organischen Lösungsmitteln wie Alkohole, Ketone und Aldehy J? geeignete Membranen werden inIt is well known that non-porous membranes must be used for material separation processes by means of pervaporation. Corresponding, especially for dehydration of organic solvents such as alcohols, ketones and aldehyde J? suitable membranes are in

DE-PS 3526755, DE-PS 3410155, DE-PS 3518871,DE-PS 3526755, DE-PS 3410155, DE-PS 3518871, DE-PS 3536007, DE-PS 3529175, DE-PS 3532022,DE-PS 3536007, DE-PS 3529175, DE-PS 3532022, DE-PS 3304956, DE-PS 3220613, DE-PS 3441190,DE-PS 3304956, DE-PS 3220613, DE-PS 3441190,

EP-PS 96339EP-PS 96339

beschrieben.described.

Die beschriebenen Systeme besitzen den bekannten Nachteil, daß entweder bei Vorliegen hoher Trennfaktoren zu geringeThe described systems have the known disadvantage that either in the presence of high separation factors too low Filtratstromdichten oder bei Vorliegen hoher Filtratstromdichten zu geringe Trennfaktoren erzielt werden.Filtratstromdichten or in the presence of high filtrate flow densities to low separation factors can be achieved. Dieser Mangel konnte bisher nur durch die Verwendung von hydrophilen Polyelektrolyten als Trennmedium vorbessert werden,This deficiency could hitherto only be improved by the use of hydrophilic polyelectrolytes as separation medium,

wobei jedoch bisher nur anionische Systeme (DE-OS 3615325t J. Membrane Science, 32 (1987] 207) zum Einsatz gelangten, diemit dem erheblichen Nachteil behaftet sind, daß infolge ihrer Wasserlöslichkeit daraus hergestellte Membranen nicht dauerhaftbeständig sind und ihre technische Verwendungsfähigkeit deshalb in einer Vielzahl von Fällen, insbesondere beiHowever, so far only anionic systems (DE-OS 3615325t J. Membrane Science, 32 (1987) 207) were used, which are associated with the significant drawback that membranes produced therefrom due to their water solubility are not durable and their technical usefulness therefore in a Variety of cases, especially at

Entwässerungsproblemen, nicht gegeben ist.Drainage problems, not given. In DE-OS 3600333 sind Membranen beschrieben, die aus Polymeren bestehen, deren Hauptkette ein glykosidisches SkelettIn DE-OS 3600333 membranes are described which consist of polymers whose main chain is a glycosidic skeleton

aufweist und kationische Gruppen und/oder anionische Gruppen umfaßt, von denen mindestens ein Teil ein Salz mit Gegenanionen und/oder Gegenkationen bildet.and cationic groups and / or anionic groups, at least a part of which forms a salt with counteranions and / or countercations.

Es sind Membranen des ionisierten Polysaccharidtyps, wobei deren Salze der Alginsäure, Alginsäurederivate, Chitosansahe und Salze anionischer oder kationic jher Cellulosederivate wegen ihrer Filmbildbarkeit, und in einer Vielzahl von Fällen zusätzlich Ionen ein- bzw. zweiwertiger Metallsalze wegen ihrer vernetzenden Wirkung, bevorzugt sind.They are membranes of the ionized polysaccharide type, their salts of alginic acid, alginic acid derivatives, chitosan and salts of anionic or cationic cellulose derivatives being preferred because of their film formability, and in a plurality of cases additionally ions of mono- or divalent metal salts because of their crosslinking effect.

Als weitere Gegenionen sind Ammonium- und Pyridiniumionen erwähnt, die sich von Aminen bzw. Stickstoff enthaltende ι heterocyclischen Verbindungen ableiten, wobei es sich jedoch nicht um polymere Verbindungen handelt.As further counterions ammonium and pyridinium ions are mentioned which derive from amines or nitrogen-containing heterocyclic compounds, but these are not polymeric compounds.

Angeblich können die zur Membranbildung geeigneten jeweiligen Gegenionen auch Polyionen sein, wobei lonenkompiexe zwischen Alginsäure und Polyethylenimin, Chitosan und Polyacrylsäure sowie Alginsäure und Chitosan erwähnt werden. Eine Offenbarung zur Herstellung derartiger lonenkompiexe und den damit erzielbaren Wirkungen bei Stofftrennprozessen ist jedoch nicht vqrhanden.Allegedly, the respective counterions suitable for membrane formation may also be polyions, mention being made of ionic complexes between alginic acid and polyethyleneimine, chitosan and polyacrylic acid, and alginic acid and chitosan. However, a disclosure of the preparation of such ionic complexes and the effects that can be achieved in mass separation processes is not present.

Zu denkbaren lonenkomplexen au.' Basis cellulosischer Substanzen finden sich überhaupt keine Angaben.To conceivable ion complexes au ' There are no indications at all based on cellulosic substances.

InDE-OS 3 801 690 werden Membranen beschrieben, durch die Wasser oder Wasserdampf selektiv permeiert und die auf einem Polyionenkomplex, gebildet durch Assoziierung zwischen einem anonischen und einem kationischen Polymer auf c'er Oberfläche der Membran und/oder in der Membran, beruhen. Hierbei werden aus Polyanionen ausschließlich Polyacrylsäure bzw. deren Salze und als Polykation Polymere auf Basis primärer, sekundärer, tertiärer bzw. quarternärer Amine- mit dem Stickstoffatom in der Hauptkette -, eingesetzt.In DE-OS 3 801 690, membranes are described, through which water or water vapor selectively permeates and which are based on a polyion complex formed by association between an anionic and a cationic polymer on the surface of the membrane and / or in the membrane. Polyanions used here are exclusively polyacrylic acid or salts thereof and as polycation polymers based on primary, secondary, tertiary or quaternary amines with the nitrogen atom in the main chain.

Die mit derartigen Membranen erzielbaren Trennleistungen entsprechen weitgehend denen anderer bereits bekannter Typen. Intoressanterweise werden Membranen auf Basis von anionischen Polysacchariden aus verschiedenen Gründen für ungeeignet angesehen.The separation achievable with such membranes largely correspond to those of other types already known. Interestingly, membranes based on anionic polysaccharides are considered unsuitable for various reasons.

Ausführungen zur Herstellung von Membranen, sowohl als Flachmembranen wie auch als Mikrokapseln, aus Polykation-Polyanion-Komplexen (sog. Symplexe), unter Verwendung von anionischen und kationischen Polyelektrolyten, werden in DE-OS 2412092, DD-PS 152287, DD-PS 270012 A1.Prog.Polym.Sci. 14 (1989)91; ActaChim.Hungarica 117 (1984) 67gemacht.Embodiments for producing membranes, both as flat membranes and as microcapsules, from polycation-polyanion complexes (so-called symplexes) using anionic and cationic polyelectrolytes are described in DE-OS 2412092, DD-PS 152287, DD-PS 270012 A1.Prog.Polym.Sci. 14 (1989) 91; ActaChim.Hungarica 117 (1984) 67.

So werden in DD-PS 152287 Membranen beschrieben, die aus den anionischen Polyelektrolyten Carboxymethylcellulose und Cellulosesulfat (CS) bzw. deren Mischungen und Poly(dimethyldiallylammoniumchlorid) (PDMDAAC) als Polykation hergestellt wurden. Da derartige Symplexmembranen eine poröse morphologische Struktur aufweisen, gelten sie ausschließlich als für Ultrafiltrations- und Mikrofiltrationszwecke geeignet.Thus, DD-PS 152287 describes membranes prepared from the anionic polyelectrolytes carboxymethylcellulose and cellulose sulfate (CS) or mixtures thereof and poly (dimethyldiallylammonium chloride) (PDMDAAC) as a polycation. Since such symplex membranes have a porous morphological structure, they are exclusively suitable for ultrafiltration and microfiltration purposes.

Aus diesem Grunde werden auch die in DD-PS 270012 und DE-OS 2412092 beschriebenen Symplexmembranen nur für Ultrafiltrationszwecke eingesetzt.For this reason, the Symplexmembranen described in DD-PS 270012 and DE-OS 2412092 are used only for ultrafiltration purposes.

2IeI der Erfindung2Ie of the invention

Ziel der Erfindung ist die Verwendung von nach einem technisch einfachen Verfahren hergestellten Symplexmembranen für die Pervaporation, die zur Entwässerung von organischen Lösungsmitteln—welche sich dem Trennmittel gegenüber inert verhalten -, vorzugsweise von Alkoholen, insbesondere aliphatischen Alkoholen, geeignet sind und dabei besonders vorteilhaft technologische und ökonomische Wirkungen aufweisen.The aim of the invention is the use of prepared by a technically simple process symplex membranes for pervaporation, which are suitable for dehydration of organic solvents which are inert to the release agent -, preferably of alcohols, especially aliphatic alcohols, and are particularly advantageous technological and have economic effects.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die Verwendung von Symplexmembranen für die Pervaporation, zur Entwässerung von organischen Lösungsmitteln - die sich dem Trennmittel gegenüber inert verhalten -, vorzugsweise von Alkoholen, insbesondere aliphatischen C2- bis Ce-Alkoholen, unter Verwendung einer üblichen Pervaporationsopparatur, wobei sich die verwendeten Symplexmembranen durch besonders vorteilhafte Wirkungen, insbesondere hinsichtlich der erzielbaren Leistungsparameter, auszeichnen.The object of the invention is the use of Symplexmembranen for pervaporation, for dehydration of organic solvents - which are inert to the release agent -, preferably of alcohols, especially aliphatic C 2 - to C e -alcohols, using a conventional Pervaporationsopparatur, wherein the Symplexmembranen used by particularly advantageous effects, especially in terms of achievable performance parameters, distinguished.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe überraschenderweise dadurch gelöst, daß man zur Entwässerung von organischen Lösungsmitteln - die sich dem Trennmittel gegenüber inert verhalten -, vorzugsweise von Alkoholen, insbesondere aliphatischer C2- bis C6-Alkoholen, mittels Pervaporation, ein Gemisch aus einem oder mehreren wasserhaltigen organischen Lösungsmitteln, insbesondere wasserhaltige C2- bis C6-Alkohole, in den „feed"-Raum eines Zweikammersystems einer üblichen Pervaporationsapparatur leitet, der durch eine Pervaporationsmembran in Form der erfindungsgemäß zu verwendenden Symplexmembran vom Permeatraum getrennt ist, und wobei in dem Permeatraum ein solcher Partialdampfdruck des Wassers eingestellt und aufrecht erhalten wird, daß das aus dem wäßrigen Lösungsmittel bzw. l.ösungsmittelgemisch zu entfernende Wasser dampfförmig in den Permeatraum eintritt und aus diesem entfernt wird.According to the invention, the object is surprisingly achieved in that by dehydration of organic solvents - which are inert to the release agent - preferably alcohols, in particular aliphatic C 2 - to C 6 alcohols, by pervaporation, a mixture of one or more hydrous organic solvents, in particular hydrous C 2 - to C 6 alcohols, in the "feed" space of a two-chamber system of a conventional pervaporation apparatus, which is separated by a pervaporation membrane in the form of the present invention to be used Symplexmembran from Permeatraum, and wherein in the permeate a adjusted and maintained such partial vapor pressure of the water that the water to be removed from the aqueous solvent or l.ösungsmittelgemisch enters vaporous in the permeate space and is removed therefrom.

Als Pervaporationsmembran wird dabei erfindungsgemäß jeweils eine Symplexmembran auf Basis Natriumcellulosesulfat (CS) als Polyanion und Poly(dimethyldiallylammoniumchlorid) (PDMDAAC) als Polykation verwendet, die aus einer wäßrigen Lösung I von 1 bis 10 Masseanteilen in % eines CS, mit einem Durchschnittssubstitutionsgrad von 0,12 bis 1,5 und einer relativen Viskosität (ΕΤΑ,,ι)-bezogen auf eine wäßrige Lösung von 1 Masseanteil in % bei 20°C — von 300 bis 250OmPa s, und einer wäßrigen Lösung Il von 10 bis 40 Masseanteilen in % eines linearen PDMDAAC mit einer ETA,,, von 1,8 bis 3,7 mPa · s - bezogen auf eine 1 Masseantnil in % PDMDAAC enthaltende 1N wäßrige NaCI-Lösung bei 3O0C- oder eines verzweigten PDMDAAC, z. B. eines nach EP-PS 0264710hergestellten,miteinerETA„i von 2,5 bis4,0mPa · s-bezogen auf eine 1 Masseanteil in % PDMDAAC enthaltende 1N wäßrige NaCI-Lösung bei 3090C-, in der Grenzfläche zwischen den Lösungen I und Il zu einer ebenflächigen Membran formiert wurde, indem die auf 10 bis 60°C temperierte Lösung I mittels einer geeigneten Vorrichtung, z. B. mittels einer ebenso temperierten Rakelvorrichtung auf einer ebenso temperierten geeigneten Unterlage, wie z. B. einer Glasplatte, oder- zur Erzielung besserer mechanischer Festigkeiten - auf einem geeigneten Trägermaterial, wie Papier, Textil oder einer Trägermembran, zu einem Film einer Naßfilmdicke von 0,1 bis 0,3mm ausgestrichen, dieser anschließend mit der wie Lösung I temperierten Lösung Il in gleicher Weise überschichtet und das erhaltene ebenflächige Gebilde auf der Unterlage bzw. dem Trägermaterial für 10 bis 60min bei einer Temperatur von 10 bis 60°C zur Membranformierung stehen gelassen, die gebildete Membran anschließend, zur Entfernung von überschüssigem CS und PDMDAAC, in einem Wasserbad von 10 bis 5O0C, 1 bis 50 h gewässert und danach an der Luft mindestens bis zur ausreichenden mechanischen Handhabbarkeit getrocknet wurde.According to the invention, the pervaporation membrane used is in each case a symplex membrane based on sodium cellulose sulfate (CS) as polyanion and poly (dimethyldiallylammonium chloride) (PDMDAAC) as polycation, which is prepared from an aqueous solution I of 1 to 10% by weight in% of a CS, with an average degree of substitution of 0, 12 to 1.5 and a relative viscosity (ΕΤΑ ,, ι) - related to an aqueous solution of 1 mass in% at 20 ° C - from 300 to 250OmPa s, and an aqueous solution II of 10 to 40 parts by mass in% linear PDMDAAC with an ETA ,,, 1.8 to 3.7 mPa · s - relative to a 1% Masseantnil in PDMDAAC containing 1N aqueous NaCl solution at 3O 0 C or a branched PDMDAAC, z. Example of one prepared according to EP-PS 0264710, miteinerETA "i of 2.5 to 4.0 mPa · s-based on a 1 wt% in% PDMDAAC containing 1N aqueous NaCl solution at 309 0 C-, in the interface between the solutions I and Il was formed into a planar membrane by the tempered to 10 to 60 ° C solution I by means of a suitable device, for. B. by means of an equally tempered doctor device on an equally tempered suitable surface such. As a glass plate, or- to achieve better mechanical strength - on a suitable support material, such as paper, textile or a support membrane, streaked to a film of a wet film thickness of 0.1 to 0.3 mm, this then tempered with the solution I solution Il overlaid in the same way and left the resulting planar structure on the substrate or the support material for 10 to 60min at a temperature of 10 to 60 ° C for membrane formation, the resulting membrane then, to remove excess CS and PDMDAAC, in one Water bath of 10 to 5O 0 C, 1 to 50 h watered and then dried in air at least until sufficient mechanical handling.

Werden bei dieser Membranherstellung wäßrige PDMDAAC-Lösungen verwendet, die NaCI bis zu 5 Masseanteile in % enthalten,Are used in this membrane preparation aqueous PDMDAAC solutions containing NaCl up to 5 parts by mass in%,

so werden die erzielbaren Festigkeitswerte nicht armierter Membranen in bekannter Weise positiv beeinflußt.Thus, the achievable strength values of non-reinforced membranes are positively influenced in a known manner.

Die genannten Symplexmembranen sind überraschenderweise trotz ihrer porösen morphologischen Struktur zur EntwässerungThe said symplex membranes are surprisingly, despite their porous morphological structure for drainage

von organischen Lösungsmitteln - die sich dem Trennmittel gegenüber inert verhalten -, vorzugsweise von Alkoholen,insbesondere aliphatischen C2- bis Ce-Alkoholen mittels Pervaporation geeignet, und zeichnen sich bei einer derartigenof organic solvents - which are inert to the release agent -, preferably of alcohols, in particular aliphatic C 2 - to C e -alcohols suitable by means of pervaporation, and are characterized by such

Verwendung zudem durch verschiedene überraschende und vorteilhafte Wirkungen aus.Use also by various surprising and beneficial effects. So kann z. B. im Fall einer Entwässerung der genannten Alkohole einerseits die maximal zulässigeSo z. B. in the case of dehydration of said alcohols one hand, the maximum allowable Wasserausgangskonzentration sogar bis zu 95 Masseanteile in % betragen -wobei die zur Pervaporation verwendetenWater output concentration even up to 95 parts by mass in% be -wobei those used for pervaporation Symplexmembranen erstaunlicherweise stabil bleiben - und andererseits der Entwässerungsprozeß bis zur Gewinnung vonSurprisingly, Symplexmembrans remain stable - and on the other hand, the dewatering process up to the recovery of

wasserfreiem Alkohol, insbesondere bei Ethanol, durchgeführt werden.anhydrous alcohol, especially in ethanol.

Ferner weisen die für die Entwässerung der genannten Löungen mittels Pervaporation erfindungsgemäß vorwendetenFurthermore, according to the invention for the dewatering of said solutions by means of pervaporation vorwendeten

Symplexmembranen dabei im Vergleich zu den besten bisher bekannten Pervaporationsmembranen - bei annähernd gleichenSymplexmembranen thereby compared to the best known Pervaporationsmembranen - at approximately the same Einsatzbedingungen hinsichtlich Wasserausgangskonzentration und Temperatur der zu entwässernden Lösung sowie desOperating conditions with regard to water outlet concentration and temperature of the solution to be dehydrated and the Filtratraumdruckes - bessere Leistungsparameter auf.Filtratraumdruckes - better performance parameters. So wird z. B. bei der Entwässerung von Ethanol und einer Wasserausgangskonzentration von 50 Masseanteilen in % eineSo z. In dehydration of ethanol and a starting water concentration of 50 parts by mass in%

mindestens um den Faktor 2 höher liegende Filtratstromdichte bei vergleichbaren Trennfaktoren erzielt.achieved at least by a factor of 2 higher filtrate current density at comparable separation factors.

Mit fallender Wasserausgangskonzentration steigern sich diese vorteilhaften Wirkungen weiter, so daß z. B. bei einerWith decreasing water outlet concentration, these beneficial effects continue to increase, so that z. B. at a

Wasserausgangskonzentration von 10 Masseanteilen in % eine mindestens um den Faktor 5 höher liegende FiltratstromdichteWater output concentration of 10 parts by mass in% at least a factor of 5 higher filtrate current density

bei vergleichbaren Trennfaktoren erzielt wird.achieved at comparable separation factors.

Ausführungsbeispieleembodiments

- alle Prozentangaben bedeuten Masseanteile in %- all percentages mean mass shares in%

- als Natriumcellulosesulfat (CS) wurde ein in an sich bekannter Weise aus Baumwoll-Linters, mit einem Cuoxam-DP von 1400, hergestelltes Produkt eingesetztas sodium cellulose sulfate (CS), a product prepared in a manner known per se from cotton linters, having a cuoxam DP of 1400, was used

- die eingesetzten Lösungen, sowie die Rakelvorrichtung und die jeweils verwendete Beschichtungsunterlage wurden auf die gleiche Temperatur eingestellt- The solutions used, as well as the doctor device and the coating material used in each case were adjusted to the same temperature

- in einer üblichen Pervaporationsapparatur wurden einerseits unter Verwendung der beschriebenen Symplexmembranen und andererseits unter Verwendung von Vergleichsmembranen Alkohol/Wassergemische mittels Pervaporation entwässert und folgende Membran-Leistungsparameter ermittelt, die in Tabelle 1 für die Entwässerung von Alkohol/Wassergemischen nochmals zusammenfassend dargestellt sind und worin bedeuten:In a conventional pervaporation apparatus, alcohol and water mixtures were dewatered by means of pervaporation using the described symplex membranes and, on the other hand, using comparative membranes, and the following membrane performance parameters were determined, which are summarized in Table 1 for the dehydration of alcohol / water mixtures and in which:

• J» = Filtratstromdichte in kg/h · m2 • J »= filtrate current density in kg / h · m 2

• alpha= Trennfaktor, berechnet nach: alpha = F/P, wobei ·· P = (Konz.Alkohol/Konz. Wasser) im Permeat;• alpha = separation factor, calculated according to: alpha = F / P, where ·· P = (conc. Alcohol / conc. Water) in the permeate;

·· F = (Konz.Alkohol/Konz. Wasser) in der zu entwässernden Lösung·· F = (conc. Alcohol / conc. Water) in the solution to be dehydrated

Beispiel 1example 1

Eine auf 20°C temperierte, 2%ige, wäßrige CS-Lösung mit einem DS = 0,40 und einer ΕΤΑ,,ι = 55OmPa · s - bezogen auf eine 1%ige, wäßrige Lösung bei 200C-wurde mittels einer Rakelvorrichtung zu einem 0,2mm dicken Film auf einer Glasplattenunterlage ausgestrichen, der anschließend in der gleichen Weise mit einer 20%igen, wäßrigen Lösung eines linearen PDMDAAC mit einer ΕΤΑ,,ι = 2,8 mPa · s - bezogen auf eine 1 % PDMDAAC enthaltende 1N wäßrige NaCI-Lösung bei 3O0C überschichtet wurde. Nach 30min Stehenlassen bei 20°C an der Luft wurde die Unterlage mit der darauf formierten Membran 48h in einem Wasserbad von 2O0C gewässert und die Membran danach bei 20°C an der Luft bis zur Massekonstanz getrocknet. Unter Verwendung der erhaltenen Membran wurden unterschiedliche, auf 5O0C temperierte Gemische aus Alkohol und Wasser in einer üblichen Pervaporationsapparatur bei einem Permeatraumdruck von 0,67 kPa mittels Pervaporation entwässert. Leistungsparameter:A tempered to 20 ° C, 2% aqueous CS solution with a DS = 0.40 and a ΕΤΑ ,, ι = 55OmPa · s - based on a 1% aqueous solution at 20 0 C - was by means of a Doctor blade device to a 0.2 mm thick film streaked on a glass plate backing, which then in the same manner with a 20% aqueous solution of a linear PDMDAAC with a ΕΤΑ ,, ι = 2.8 mPa · s - based on a 1% PDMDAAC 1N aqueous NaCl solution was coated at 3O 0 C overlaid. After standing for 30 minutes at 20 ° C in air, the pad with the membrane formed thereon 48h in a water bath of 2O 0 C was watered and the membrane then dried at 20 ° C in the air to constant mass. Using the membrane obtained different, heated to 5O 0 C, mixtures of alcohol and water in a conventional pervaporation apparatus were dehydrated at a Permeatraumdruck of 0.67 kPa by means of pervaporation. Performance parameters:

Gemisch aus 50% Ethanol/50% Wasser: Jv = 8,9; alpha = 19 Gemisch aus 80% Ethanol/20% Wasser: Jv = 4,0; alpha = 54 Gemisch aus 90% Ethanol/10% Wasser: Jv = 1,6; alpha = 93 Gemisch aus 18,8% Ethanol/15,1 % Wasser/4,1 % n-Propanol/Mixture of 50% ethanol / 50% water: J v = 8.9; alpha = 19 Mixture of 80% ethanol / 20% water: J v = 4.0; alpha = 54 mixture of 90% ethanol / 10% water: J v = 1,6; alpha = 93 mixture of 18.8% ethanol / 15.1% water / 4.1% n-propanol /

15,9% i-Butanol/46,1 % i-Pentanol: J, = 2,3; alpha = 20515.9% i-butanol / 46.1% i-pentanol: J, = 2.3; alpha = 205

Beispiel 2Example 2 Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren, aber eine CS-Lösung mit einem DS = 0,45 und einer ETA1,, = 495 mPa seingesetzt.The procedure was as in Example 1, but a CS solution with a DS = 0.45 and an ETA 1 ,, = 495 mPa used. Leistungsparameter:Performance parameters: Gemisch aus 50% Ethanol/50% Wasser: Jv = 7,6; alpha = 21Mixture of 50% ethanol / 50% water: J v = 7.6; alpha = 21 Beispiel 3Example 3 Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren, über zur Herstellung einer Compositmembran an Stelle der Glasplattenunterlage einThe procedure was as in Example 1, over to produce a composite membrane in place of the glass plate pad Filterpapier (Flächenmasse = 90g/m2) als sich mit der Membran verbindende Unterlage eingesetzt. Da die erhalteneFilter paper (basis weight = 90g / m 2 ) used as a substrate connecting with the membrane. Because the obtained Compositmembran direkt mit einer ausreichenden mechanischen Festigkeit anfiel, konnte auf den in Beispiel 1 beschriebenenCompositmembran incurred directly with a sufficient mechanical strength, could on the described in Example 1

abschließenden Trocknungsprozeß verzichtet werden.final drying process can be omitted.

Leistungsparameter:Performance parameters: Gemisch aus 90% Ethanol/10% Wasser: Jv = 1,5; alpha --= 85Mixture of 90% ethanol / 10% water: J v = 1.5; alpha - = 85 Beispiel 4Example 4 Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren, aber ein verzweigtes PDMDAAC (hergestellt nach EP-PS 0264710) mit einerThe procedure was as in Example 1, but a branched PDMDAAC (prepared according to EP-PS 0264710) with a

ΕΤΑ,,ι = 3,08mPa s - bezogen auf eine 1 % PDMDAAC enthaltende 1N wäßrige NaCI-Lösung bei 300C - eingesetzt.ΕΤΑ ,, ι = 3.08 mPa s - based on a 1% PDMDAAC containing 1N aqueous NaCl solution at 30 0 C - used.

Leistungsparameter:Performance parameters: Gemisch aus 90% Ethanol/10% Wasser: Jy = 1,4; alpha = 91Mixture of 90% ethanol / 10% water: Jy = 1.4; alpha = 91 Beispiel 5Example 5

EswurdewieinBeispieM verfahren, aber uine CS-Lösung mit einem DS = 0,41 und einer ΕΤΑ,,ι = 212OmPa · s eingesetzt.The procedure was as follows, but using a CS solution with a DS = 0.41 and a ΕΤΑ ,, ι = 212OmPa · s.

Leistungsparameter:Performance parameters:

Gemisch aus 90% Etha.iol/10% Wasser: J,= 1,1; alpha = 67Mixture of 90% Etha.iol / 10% water: J, = 1.1; alpha = 67

Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel)Example 6 (comparative example)

Für die Durchführung der Pervaporation wurde eine nach DE-OS 3600333 hergestellte, mit Formaldehyd vernetzte Chitosan-Membran als Pervaporationsmembran verwendet, das zu trennende Ethanol/Wassergemisch auf 6O0C temperiert und im Permeatra<jm ein Druck von 0,04 kPa aufrechterhalten.To carry out the pervaporation, a chitosan membrane crosslinked with formaldehyde and prepared according to DE-OS 3600333 was used as a pervaporation membrane, the temperature to be separated ethanol / water mixture at 6O 0 C and maintained in the permeate <jm a pressure of 0.04 kPa.

Leistungsparamater:Performance paramaters:

Gemisch aus 50% Ethanol/50% Wasser: Jv = 4,4; alpha = 18Mixture of 50% ethanol / 50% water: J v = 4.4; alpha = 18

Beispiel 7 (Vergleichsbeispiel)Example 7 (comparative example)

Für die Durchführung der Pervaporation wurde wie in Beispiel β verfahren, aber eine nach DE-OS 3600333 hergestellte N-acylierte Chitosanmembran als Pervaporationsmembran verwendet.For carrying out the pervaporation procedure was as in Example β, but an N-acylated chitosan membrane prepared according to DE-OS 3600333 used as Pervaporationsmembran.

Leisiungsparameter:Leisiungsparameter:

Gemisch aus 50% Ethanol/50% Wasser; Jv = 4,1; alpha = 17Mixture of 50% ethanol / 50% water; J v = 4.1; alpha = 17

Beispiel 8 (Vergleichsbeispiel)Example 8 (Comparative Example)

Für die Durchführung der Pervaporation wurde wie in Beispiel 6 verfahren, aber eine nach DE-OS 3600333 hergestellte Natriumalginat-Membran als Pervaporationsmembran verwendet.The pervaporation was carried out as in Example 6, but using a sodium alginate membrane prepared according to DE-OS 3600333 as a pervaporation membrane.

Leistungsparameter:Performance parameters:

Gemisch aus 90% Ethanol/10% Wasser; J» = 0,3; alpha = 89Mixture of 90% ethanol / 10% water; J »= 0.3; alpha = 89

Beispiel 9 (Vergleichsbeispiel)Example 9 (Comparative Example)

Für die Durchführung der Pervaporation wurde wie in Beispiel 6 verfahren, aber eine nach DE-OS 3600333 hergestellte Lithiumalginat-Membran als Pervaporationsmembran verwendet.For carrying out the pervaporation, the procedure was as in Example 6, but a lithium alginate membrane prepared according to DE-OS 3600333 was used as a pervaporation membrane.

Le!stungsparameter:Le stungsparameter!:

Gemisch aus 90% Ethanol/10% Wasser; Jv = 0,3 alpha = 95Mixture of 90% ethanol / 10% water; J v = 0.3 alpha = 95

Ein Vergleich der in Tabelle 1 aufgeführten Beispiele 1 und 2 mit 6 und 7 zeigt, daß bei der Trennung von Ethanol/ Wassergemischen 50/50% die erfindungsgemäße Lösung zu einer ca. um den Faktor 2 höheren Filtratstromdichte, bei vergleichbaren Trennfaktoren, führt.A comparison of Examples 1 and 2 shown in Table 1 with 6 and 7 shows that in the separation of ethanol / water mixtures 50/50% solution of the invention leads to a higher by about a factor of 2 filtrate current density, with comparable separation factors.

Ein Ver^'sich der Beispiele 1,3 (Compositrnembran) und 4 mit 8 und 9 zeigt, daß bei der Trennung von Ethanol/ Wassergemischen 90/10% die erfindungsgemäße Lösung zu einer ca. um den Faktor 5 höheren Filtratstromdichte, bei vergleichbaren Trennfaktoren, führt.An example of the examples 1.3 (composite membrane) and 4 with 8 and 9 shows that in the separation of ethanol / water mixtures 90/10%, the solution according to the invention to an approximately higher by a factor of 5 filtrate current density, at comparable separation factors , leads.

Der oben angegebene Steigerungsfaktor liegt in Wirklichkeit noch höher, da die Pervaporation bei den Vergleichsbeispielen bei einer um 100C höheren Temperatur durchgeführt wurde.The above-stated increase factor is in reality even higher, since the pervaporation was carried out in the comparative examples at a temperature higher by 10 ° C.

Beispiel 5 i3t nicht direkt mit den anderen vorgenannten Beispielen vergleichbar, da als ein Membranbestandteil ein CS mit sehr hoher ΕΤΑ,,ι eingesetzt wurde.Example 5 is not directly comparable with the other examples mentioned above, since a very high-purity CS was used as a membrane constituent.

Tabelle 1Table 1

Zusammenfassung der Membran-Leistungsparameter für die Entwässerung von Alkohol-WassergemischenSummary of membrane performance parameters for dehydration of alcohol-water mixtures

Bsp.Ex. Ethanol/Wasser(%)Ethanol / water (%) alphaalpha 4,44.4 1919 80/2080/20 II 4,0 544.0 54 90/1090/10 alphaalpha Ethanol/Wasser/Ethanol / water / :; PermeatraumdruckO,67kPa:; PermeatraumdruckO, 67kPa 4,14.1 2121 n-Propanol/i-Butanol/n-propanol / i-butanol / 8,98.9 Jv alphaJ v alpha Jvjv 9393 i-Pentanol (%)i-pentanol (%) 50/5050/50 7,67.6 18,8/15,1/4,1/15,9/18.8 / 15.1 / 4.1 / 15.9 / 1.61.6 8585 46,146.1 Jvjv 600C; Permeatraumdruck0,04kPa)60 ° C; Permeatraumdruck0,04kPa) 9191 Jv alphaJv alpha (T = 5O0C(T = 5O 0 C 1818 1,51.5 6767 11 Vergleichsbeispiele (T =Comparative Examples (T = 1717 1.41.4 2,3 2052,3205 2 .2. ββ 1,11.1 33 77 44 88th 8989 55 99 9595 0,30.3 0,30.3

Claims (2)

1. Verwendung von Symplexmembranen für die Pervaporation zur Entwässerung von organischen Lösungsmitteln - die sich dem Trennmittel gegenüber inert verhalten -, wozu ein Gemisch aus einem oder mehreren wasserhaltigen Lösungsmitteln, in den „feed"-Raum eines Zweikammersystems einer üblichen Pervoporationsapparatur geleitet wird, der durch eine Pervaporationsmembran vom Permeatraum getrennt ist, und wobei in dem Permeatraum ein solcher Partialdampfdruck des Wassers eingestellt und aufrecht erhalten wird, daß das aus dem wäßrigen Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch zu entfernende Wasser dampfförmig in den Permeatraum eintritt und aus diesem entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Pervoporationsmembran dabei jeweils eine Symplexmembran auf Basis Natriumcellulosesulfat (CS) als Polyanion und Poly(dimethyldiallylammoniumchlorid) (PDMDAAC) aus Polykation verwendet wird, die aus einer wäßrigen Lösung I von 1 bis 10 Masseanteilen in % eines CS, mit einem Durchschnittssubstitutionsgrad von 0,20 bis 1,5 und einer relativen Viskosität (ETArei) - bezogen auf eine wäßrige Lösung von 1 Masseanteil in % bei 20cC-von 300 bis 250OmPa · s, und einer wäßrigen Lösung Il von 10 bis 40 Masseanteilen in % eines linearen PDMDAAC mit einer ETAre| von 1,8 bis 3,7 mPa · s-bezogen auf eine 1 Masseanteil in % PDMDAAC enthaltende 1N wäßrige NaCI-Lösung bei 30°C-oder eines verzweigten PDMDAAC, z.B. eines nach EP-PS 0264710 hergestellten, mit einer ETArei von 2,5 bis 4,OmPa · s — bezogen auf eine 1 Masseanteil in % PDMDAAC enthaltende 1N wäßrige NaCI-Lösung bei 3O0C-, in der Grenzfläche zwischen den Lösungen I und Il zu einer ebenflächigen Membran formiert wurde, indem die auf 10 bis 6O0C temperierte Lösung I mittels einer geeigneten Vorrichtung, z. B. mittels einer ebenso temperierten Rakelvorrichtung, auf einer ebenso temperierten geeigneten Unterlage, wie z. B. einer Glasplatte, oder—zur Erzielung besserer mechanischer Festigkeiten — auf einem geeigneten Trägermaterial, wie Papier, Textil oder einer Trägermembran, zu einem Film einer Naßfilmdicke von 0,1 bis 0,3mm ausgestrichen, dieser anschließend mit der wie Lösung I temperierten Lösung Il in gleicher Weise überschichtet und das erhaltene ebenflächige Gebilde auf der Unterlage bzw. dem Trägermaterial für 10 bis 60 min bei einer Temperatur von 10 bis 600C zur Membranformierung stehen gelassen, die gebildete Membran anschließend, zur Entfernung von überschüssigem CS und PDMDAAC, in einem Wasserbad von 10 bis 500C, 1 bis 50h gewässert und danach an der Luft mindestens bis zur ausreichenden mechanischen Handhabbarkeit getrocknet wurde.1. Use of symplex membranes for pervaporation for dehydration of organic solvents - which are inert to the release agent - to which a mixture of one or more aqueous solvents, in the "feed" space of a two-chamber system of a conventional Pervoporationsapparatur is passed through a pervaporation membrane is separated from the permeate space, and wherein in the permeate space such a partial vapor pressure of the water is adjusted and maintained that the water to be removed from the aqueous solvent or solvent mixture enters the permeate space in vapor form and is removed therefrom, characterized in that in each case a membrane based on sodium cellulose sulfate (CS) as polyanion and poly (dimethyldiallylammonium chloride) (PDMDAAC) from polycation is used as Pervoporationsmembran from an aqueous solution I from 1 to 10 parts by weight in% of a CS, with an average Substitution degree of 0.20 to 1.5 and a relative viscosity (ETA re i) - based on an aqueous solution of 1 mass in% at 20 c C from 300 to 250OmPa · s, and an aqueous solution II from 10 to 40 Mass fractions in% of a linear PDMDAAC with an ETA re | from 1.8 to 3.7 mPa · s-based on a 1 wt% in% PDMDAAC containing 1N aqueous NaCl solution at 30 ° C or a branched PDMDAAC, for example one prepared according to EP-PS 0264710, with an ETA re i from 2.5 to 4, OmPa · s - based on a 1 wt% in% PDMDAAC containing 1N aqueous NaCl solution at 3O 0 C-, was formed in the interface between the solutions I and II to a planar membrane by the on 10 to 6O 0 C tempered solution I by means of a suitable device, for. B. by means of an equally tempered doctor device on an equally tempered suitable surface such. As a glass plate, or-to achieve better mechanical strength - struck on a suitable support material, such as paper, textile or a support membrane, to a film of a wet film thickness of 0.1 to 0.3mm, this then with the solution tempered as solution I. Covered in the same way and left the resulting planar structure on the substrate or the support material for 10 to 60 min at a temperature of 10 to 60 0 C for membrane formation, the resulting membrane then, to remove excess CS and PDMDAAC, in A water bath of 10 to 50 0 C, 1 to 50h watered and then dried in air at least until sufficient mechanical handling. 2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Symplexmembranen vorzugsweise zur Entwässerung von Alkoholen, insbesondere aliphatischen C2- bis C6-Alkoholen, mittels Pervaporation eingesetzt werden.2. Use according to claim 1, characterized in that the symplex membranes are preferably used for dehydration of alcohols, in particular aliphatic C 2 - to C 6 -alcohols, by means of pervaporation.
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EP0587071A1 (en) * 1992-09-08 1994-03-16 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Polyelectrolyte composite membrane
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