DE102017129204A1 - A ULTRAFILTRATION MEMBRANE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Ultrafiltrationsmembran mit hohen mechanischen Eigenschaften. Da in der vorliegenden Erfindung das Lignin, das eine hohe mechanische Eigenschaft aufweist, zu der Gießmembranlösung zugegeben wird, wird die Rückhalterate der Ultrafiltrationsmembran der vorliegenden Erfindung verbessert.The present invention relates to a process for producing an ultrafiltration membrane having high mechanical properties. In the present invention, since the lignin having a high mechanical property is added to the molding membrane solution, the retention rate of the ultrafiltration membrane of the present invention is improved.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultrafiltrationsmembran mit hohen mechanischen Eigenschaften und deren Herstellungsverfahren.The present invention relates to an ultrafiltration membrane having high mechanical properties and its production process.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Aufgrund der Tatsache, dass die Ultrafiltrationsmembran lange Zeit Druck ausgesetzt ist, aber schlechte mechanische Eigenschaften aufweist, wird gegenwärtig die Lebensdauer der Ultrafiltrationsmembran verkürzt, und die Ultrafiltrationsmembran in dem Membranmodul muss häufig ersetzt werden.Due to the fact that the ultrafiltration membrane is exposed to pressure for a long time but has poor mechanical properties, currently the life of the ultrafiltration membrane is shortened and the ultrafiltration membrane in the membrane module needs to be replaced frequently.
Daher ist es notwendig, eine Ultrafiltrationsmembran zu entwickeln, die in der Lage ist, die mechanischen Eigenschaften der Ultrafiltrationsmembran zu verbessern.Therefore, it is necessary to develop an ultrafiltration membrane capable of improving the mechanical properties of the ultrafiltration membrane.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ultrafiltrationsmembran mit hohen mechanischen Eigenschaften und deren Herstellungsverfahren bereitzustellen.An object of the present invention is to provide an ultrafiltration membrane having high mechanical properties and its production process.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Ultrafiltrationsmembran mit hohen mechanischen Eigenschaften. Da in der vorliegenden Erfindung das Lignin, das hohe mechanische Eigenschaften aufweist, zu der Gießmembranlösung zugegeben wird, wird die Rückhalterate der Ultrafiltrationsmembran der vorliegenden Erfindung verbessert.The present invention relates to a process for producing an ultrafiltration membrane having high mechanical properties. In the present invention, since the lignin having high mechanical properties is added to the molding membrane solution, the retention rate of the ultrafiltration membrane of the present invention is improved.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Beispiel 1example 1
- Schritt 1: Polyethersulfon 16g, Lignin 8g und Polyvinylpyrrolidon 0,8 g werden in einen 3-Halskolben gegeben;Step 1: polyethersulfone 16g, lignin 8g and polyvinylpyrrolidone 0.8g are placed in a 3-neck flask;
- Schritt 2: dann wird 50g N, N-Dimethylacetamid in den 3-Hals-Kolben gegeben, um eine Mischung zu erhalten, die Mischung wird bei 65°C 5 Stunden lang gerührt;Step 2: then 50 g of N, N-dimethylacetamide is added to the 3-necked flask to obtain a mixture, the mixture is stirred at 65 ° C for 5 hours;
- Schritt 3: 8 Stunden lang in einer Umgebung mit einer Temperatur von 20°C und einer Luftfeuchtigkeit von 20% zum Entschäumen stehenlassen, um eine gleichmäßige, schaumfreie Gießmembranlösung zu erhalten;Step 3: Allow to defoam for 8 hours in an environment with a temperature of 20 ° C and a humidity of 20% to obtain a uniform, foam-free casting membrane solution;
- Schritt 4: die Gießmembranlösung wird auf ein Glassubstrat gegossen, und die Gießmembranlösung auf dem Glassubstrat wird mit einem Membranapplikator aufgetragen, um eine Membran im flüssigen Zustand mit einer Dicke von 200µm zu erhalten;Step 4: the cast membrane solution is poured onto a glass substrate, and the cast membrane solution on the glass substrate is applied with a membrane applicator to obtain a membrane in the liquid state having a thickness of 200 μm;
- Schritt 5: das Glassubstrat mit der darauf gebildeten Membran im flüssigen Zustand wird in eine Umgebung mit einer Temperatur von 20°C und einer Feuchtigkeit von 20% zum Verflüchtigen für 15s gegeben;Step 5: the glass substrate with the membrane formed thereon in the liquid state is placed in an environment with a temperature of 20 ° C and a humidity of 20% for volatilization for 15 seconds;
- Schritt 6: das Glassubstrat mit der darauf gebildeten Membran im flüssigen Zustand wird in entionisiertes Wasser gegeben, um die Membran im flüssigen Zustand zu einer Festkörpermembran zu verfestigen; undStep 6: The glass substrate having the membrane formed thereon in the liquid state is placed in deionized water to solidify the membrane in a liquid state into a solid-state membrane; and
- Schritt 7: die Festkörpermembran wird aus dem entionisierten Wasser entnommen, luftgetrocknet und für 10 Minuten in einen Trockenofen gegeben, um die Ultrafiltrationsmembran zu erhalten.Step 7: The solid-state membrane is taken out of the deionized water, air-dried and placed in a drying oven for 10 minutes to obtain the ultrafiltration membrane.
Für das Referenzbeispiel sind alle experimentellen Bedingungen die gleichen wie diejenigen der Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass das Lignin nicht zugegeben wird.
Tabelle 1
In den Beispielen 1-3 sind alle experimentellen Bedingungen die gleichen, mit der Ausnahme, dass die Massenkonzentrationen von Polyethersulfon 32%, 20% bzw. 50% betragen.In Examples 1-3, all experimental conditions are the same except that the mass concentrations of polyethersulfone are 32%, 20% and 50%, respectively.
In den Beispielen 1, 4 und 5 sind alle experimentellen Bedingungen die gleichen, mit der Ausnahme, dass die Massenverhältnisse zwischen Lignin und Polyethersulfon 0,5:1, 0,1:1 bzw. 1:1 betragen. In Examples 1, 4 and 5, all experimental conditions are the same except that the mass ratios between lignin and polyethersulfone are 0.5: 1, 0.1: 1 and 1: 1, respectively.
In den Beispielen 1, 6 und 7 sind alle experimentellen Bedingungen die gleichen, mit der Ausnahme, dass die Massenverhältnisse zwischen PVP und Polyethersulfon 0,05:1, 0,01:1 bzw. 0,1:1 betragen.In Examples 1, 6 and 7, all experimental conditions are the same except that the mass ratios between PVP and polyethersulfone are 0.05: 1, 0.01: 1 and 0.1: 1, respectively.
In den Beispielen 1 und 8 sind alle experimentellen Bedingungen die gleichen, mit der Ausnahme, dass in Beispiel 1 die zweite und dritte Temperatur, die erste und zweite Feuchtigkeit 20°C, 20°C, 20% bzw. 20% betragen; in Beispiel 8 sind es jedoch 15°C, 25°C, 10% bzw. 30%. Das heißt, die Umgebungen zur Entschäumung und zur Bildung der Festkörpermembran sind unterschiedlich.In Examples 1 and 8, all experimental conditions are the same except that in Example 1, the second and third temperatures, the first and second humidity are 20 ° C, 20 ° C, 20% and 20%, respectively; however, in Example 8, it is 15 ° C, 25 ° C, 10% and 30%, respectively. That is, the environments for defoaming and for forming the solid-state membrane are different.
In den Beispielen 1, 9 und 10 sind alle experimentellen Bedingungen die gleichen, mit der Ausnahme, dass sich die erste Temperatur, der erste, zweite und dritte Zeitraum voneinander unterscheiden, d. h. die Temperatur für die Herstellung der Gießmembranlösung, der Zeitraum für die Herstellung der Gießmembranlösung, der Zeitraum für die Verflüchtigung der aufgebrachten flüssigen Membran und der Zeitraum für die Trocknung der Membranprobe sind unterschiedlich.In Examples 1, 9, and 10, all experimental conditions are the same except that the first temperature, the first, second, and third periods are different from each other, i. H. the temperature for the preparation of the casting membrane solution, the time for the preparation of the casting membrane solution, the time for volatilization of the applied liquid membrane and the time for drying the membrane sample are different.
Testbeispiel 1Test Example 1
Die mechanischen Eigenschaften der Membranen, die in den Beispielen 1-10 und dem Vergleichsbeispiel hergestellt wurden, werden gemessen und verglichen, die Messergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.The mechanical properties of the membranes prepared in Examples 1-10 and Comparative Example are measured and compared, the measurement results are shown in Table 2.
Test der mechanischen Eigenschaften:
- Testinstrument: Papier- und Kartonzugfestigkeitsprüfgerät ZL-100A
- Test instrument: paper and cardboard tensile tester ZL-100A
Testschritte:
- Zuerst wird eine zu testende Membranprobe in eine an das Prüfgerät angepasste Form geschnitten und ein Skalenabstand wird mit zwei Markierungslinien markiert;
- Zweitens wird die zugeschnittene Membranprobe in den Halter des Prüfgeräts gelegt und vorsichtig auf eine symmetrische Position eingestellt, um zu ermöglichen, dass die Dehnkraft gleichmäßig auf den Querschnitt der Membranprobe verteilt wird;
- Schließlich wird das Prüfgerät gestartet, und die maximale Kraft (mit einer Abweichung von ± 1%), bei der die Membranprobe reißt, sowie der Abstand (mit einer Abweichung von ± 1,25 mm) zwischen den Innenseiten der beiden Markierungslinien werden erfasst.
- First, a membrane sample to be tested is cut into a mold adapted to the tester and a scale interval is marked with two marking lines;
- Second, the tailored membrane sample is placed in the holder of the tester and carefully adjusted to a symmetrical position to allow the stretching force to be evenly distributed across the cross-section of the membrane sample;
- Finally, the tester is started and the maximum force (with a deviation of ± 1%) at which the membrane sample breaks and the distance (with a deviation of ± 1.25 mm) between the insides of the two marking lines are detected.
Die mechanischen Eigenschaften können wie folgt berechnet werden:
Testbeispiel 2Test Example 2
Messungen des Wasserdurchflusses und der Methylenblau-Rückhalteraten
- Testdruck: 0,1Mpa
- Test pressure: 0.1 MPa
Testschritte:
- Zuerst wird die Membranprobe in dem Membraneigenschaftstestgerät angebracht;
- Zweitens wird das entionisierte Wasser in den Membranpool des Membraneigenschaftstestgeräts gefüllt;
- Schließlich wird der Membranpool unter Druck gesetzt, damit das entionisierte Wasser in dem Membranpool durch die Membran hindurchtreten und aus dem Auslassende ausströmen kann, um so den Wasserdurchfluss der Membranprobe zu berechnen.
- First, the membrane sample is mounted in the membrane property tester;
- Second, the deionized water is filled into the membrane pool of the membrane property tester;
- Finally, the membrane pool is pressurized so that the deionized water in the membrane pool can pass through the membrane and flow out of the outlet end so as to calculate the water flow rate of the membrane sample.
Die Berechnungsformel des Flusses:
Test der Rückhalterate:
- Testinstrument: Ultrafiltrationsbecher, UV/Vis-Spektrophotometer
- Testdruck: IMpa
- Test instrument: ultrafiltration cup, UV / Vis spectrophotometer
- Test print: IMpa
Testschritte:
- Zuerst wird die Membranprobe in dem Ultrafiltrationsbecher angebracht.
- Zweitens wird 1g/l wässrige Methylenblau-Lösung in den Membranpool des Ultrafiltrationsbechers gefüllt.
- First, the membrane sample is placed in the ultrafiltration cup.
- Second, 1 g / L aqueous methylene blue solution is filled into the membrane pool of the ultrafiltration cup.
Drittens wird der Membranpool unter Druck gesetzt, so dass die wässrige Methylenblau-Lösung in dem Membranpool durch die Membran hindurchtreten kann, wobei wenigstens ein Teil des Methylenblaus auf der Membran zurückbehalten wird, und der Rest der wässrigen Methylenblau-Lösung fließt aus dem Auslassende.Third, the membrane pool is pressurized so that the aqueous methylene blue solution in the membrane pool can pass through the membrane, retaining at least a portion of the methylene blue on the membrane, and the remainder of the aqueous methylene blue solution flows out of the outlet end.
Schließlich werden die Methylenblau-Konzentrationen der wässrigen Methylenblau-Lösung in dem Membran-Pool und der Methylenblau-Lösung, die aus dem Auslassende herausströmt, durch das Ultraviolett-Spektrophotometer detektiert, um die Methylenblau-Rückhalterate der Membranprobe zu berechnen.Finally, the methylene blue concentrations of the aqueous methylene blue solution in the membrane pool and the methylene blue solution flowing out of the outlet end are detected by the ultraviolet spectrophotometer to calculate the methylene blue retention rate of the membrane sample.
Die Berechnungsformel der Rückhalterate:
Aus der Tabelle 2 ist ersichtlich, dass die Beispiele 1-10 eine durchschnittliche Zugfestigkeit und Reißdehnung aufweisen, die höher als diejenige des Referenzbeispiels ist, was darauf hinweist, dass die Zugabe von Lignin die mechanischen Eigenschaften der Membran verbessern kann.It can be seen from Table 2 that Examples 1-10 have an average tensile strength and elongation at break higher than that of the Reference Example, indicating that the addition of lignin can improve the mechanical properties of the membrane.
Zusätzlich zeigen die Vergleichsergebnisse, die durch Vergleichen der Wasserdurchflüsse und der Methylenblau-Rückhalteraten zwischen den Beispielen 1-10 und dem Referenzbeispiel erhalten wurden, dass mit der Zugabe einer geeigneten Menge an Lignin in der Gießmembranlösung der vorliegenden Erfindung die Rückhalterate der Ultrafiltrationsmembran der vorliegenden Erfindung verbessert wird unter der Bedingung, dass der Fluss konstant gehalten wird.In addition, the comparative results obtained by comparing the water flows and the methylene blue retention rates between Examples 1-10 and the Reference Example show that with the addition of an appropriate amount of lignin in the cast membrane solution of the present invention, the retention rate of the ultrafiltration membrane of the present invention is improved is under the condition that the flux is kept constant.
In Kombination mit den Tabellen 1 und 2 ergibt sich folgende Schlussfolgerung:In combination with Tables 1 and 2, the following conclusion is reached:
In den Beispielen 1-3 betragen die Massenkonzentrationen des Polyethersulfons 32%, 20% bzw. 50%, während die anderen experimentellen Bedingungen gleich sind. Es ist ersichtlich, dass die durchschnittliche Zugfestigkeit, die Reißdehnung, der Wasserdurchfluss und die Methylenblau-Rückhalterate in Beispiel 1 besser sind als diejenigen der Beispiele 2 und 3, was darauf hindeutet, dass die bevorzugte Massenkonzentration von Polyethersulfon 32% beträgt.In Examples 1-3, the mass concentrations of the polyethersulfone are 32%, 20% and 50%, respectively, while the other experimental conditions are the same. It can be seen that the average tensile strength, elongation at break, water flow and methylene blue retention rate in Example 1 are better than those of Examples 2 and 3, indicating that the preferred mass concentration of polyethersulfone is 32%.
In den Beispielen 1, 4 und 5 ist zu sehen, dass die durchschnittliche Zugfestigkeit, die Reißdehnung, der Wasserdurchfluss und die Methylenblau-Rückhalterate in Beispiel 1 besser sind als diejenigen des Beispiels 4 und des Beispiels 5, was darauf hindeutet, dass das bevorzugte Massenverhältnis von Lignin und Polyethersulfon 0,5: 1 beträgt.In Examples 1, 4 and 5, it can be seen that the average tensile strength, elongation at break, water flux and methylene blue retention rate in Example 1 are better than those of Example 4 and Example 5, indicating that the preferred mass ratio of lignin and polyethersulfone is 0.5: 1.
In den Beispielen 1, 6 und 7 ist zu sehen, dass die durchschnittliche Zugfestigkeit, die Reißdehnung, der Wasserdurchfluss und die Methylenblau-Rückhalterate in Beispiel 1 besser als diejenigen der Beispiele 6 und 7 sind, was darauf hindeutet, dass das bevorzugte Massenverhältnis von PVP und Polyethersulfon 0,05: 1 beträgt.In Examples 1, 6 and 7, it can be seen that the average tensile strength, elongation at break, water flux and methylene blue retention rate in Example 1 are better than those of Examples 6 and 7, indicating that the preferred mass ratio of PVP and polyethersulfone is 0.05: 1.
Vergleicht man die Beispiele 1 und 8, so ist ersichtlich, dass die durchschnittliche Zugfestigkeit, die Reißdehnung, der Wasserdurchfluss und die Methylenblau-Rückhalterate in Beispiel 1 besser sind als diejenigen des Beispiels 8, was darauf hindeutet, dass die zweite Temperatur, die dritte Temperatur, die erste Feuchtigkeit und die zweite Feuchtigkeit vorzugsweise 20 °C, 20 °C, 20% bzw. 20% betragen.Comparing Examples 1 and 8, it can be seen that the average tensile strength, elongation at break, water flux and methylene blue retention rate in Example 1 are better than those of Example 8, indicating that the second temperature, the third temperature , the first humidity and the second humidity are preferably 20 ° C, 20 ° C, 20% and 20%, respectively.
Vergleicht man die Beispiele 1, 9 und 10, so ist ersichtlich, dass die durchschnittliche Zugfestigkeit, die Reißdehnung, der Wasserdurchfluss und die Methylenblau-Rückhalterate in Beispiel 1 besser sind als diejenigen der Beispiele 9-10, was darauf hindeutet, dass die erste Temperatur, der erste Zeitraum, der zweite Zeitraum und der dritte Zeitraum vorzugsweise 65 °C, 8 h, 15 s bzw. 10 min betragen.Comparing Examples 1, 9 and 10, it can be seen that the average tensile strength, elongation at break, water flux and methylene blue retention rate in Example 1 are better than those of Examples 9-10, indicating that the first temperature , the first period, the second period and the third period are preferably 65 ° C, 8 h, 15 s and 10 min, respectively.
Zusammenfassend sind die Beispiele 1-10 im Vergleich zu dem Referenzbeispiel vorzuziehen; das Beispiel 1, Beispiel 4, Beispiel 7 und Beispiel 8 sind bevorzugter; und das Beispiel 1 ist am meisten bevorzugt.In summary, Examples 1-10 are preferable to the Reference Example; Example 1, Example 4, Example 7 and Example 8 are more preferred; and Example 1 is most preferred.
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