DE1642808B2

DE1642808B2 - Membranschichtkoerper fuer fluessigkeitstrenngeraete

Info

Publication number: DE1642808B2
Application number: DE1967D0053444
Authority: DE
Inventors: Per Norwalk Conn. Nyrop (V.St.A.)
Original assignee: Dorr Oliver Inc
Current assignee: Dorr Oliver Inc
Priority date: 1966-07-07
Filing date: 1967-06-24
Publication date: 1977-08-18
Also published as: NL6709407A; CH486256A; FI47845B; ES342706A1; DE1642808C3; US3508994A; BE701037A; GB1196022A; FI47845C; SE335513B; DE1642808A1; IL28174A

Description

Die Erfindung betrifft einen aus einem druckfesten, hohlraumhaltigen, blattförmigen Stützkörper mit beiderseitiger Membranschicht bestehenden Membranschichtkörper, dessen membranschichtfreie Endkante dichtend in eine Trennwand zwischen Rohflüssigkeitszulauf und Konzentratablauf einerseits und Permeatablauf andererseits eingepaßt ist, und dessen Stützkörper durch Eintauchen in eine Membran bildende Flüssigkeit und anschließende Fixierung mit beidseitigen Membranschichten versehen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Membranschichtkörpers der vorbezeichneten Art.

Anwendungszweck des Membranschichtkörpers gemäß der Erfindung ist die Flüssigkeitstrennung. Flüssigkeitstrennungen erfolgen oft in kompakten Geräten dadurch, daß man eine Vielzahl im Abstand voneinander angeordneter Membranoberflächen in einem Gehäuse vereinigt, welches mit Einlaß- und Auslaßöffnungen und Durchgängen versehen ist, um das unter Druck stehende Füllgut zu den Membranoberflächen zu leiten und die entstehenden Fraktionen aus der Einheit abzuziehen.

Es hat sich gezeigt, daß Membranen eine begrenzte Betriebslebensdauer haben, und zwar offensichtlich deshalb, weil die Mikroporen in der Membran durch Moleküle oder Teilchen verstopft werden und weil diese Partikeln auf der Zufuhroberfläche der Membran aufgetragen und angebacken werden. Diese Wirkungen vermindern zusammen mit anderen, teils noch nicht ganz geklärten Ursachen das Durchströmungsvermögen der Membran. Obwohl teilweise Abhilfsmaßnahmen angewandt werden können, um die Membran zu aktivieren, zu reinigen, und wieder herzustellen, muß sie letztenendes ersetzt werden. Es ist daher entscheidend für die Wirtschaftlichkeit eines Membrantrennungsverfahrens, daß die Membranen schnell und kostensparend ohne den Einsatz spezialisierter Fachkräfte ausgewechselt werden können.

Bisher wurde die Bereitstellung großer Membranflächen in Anordnungen verwirklicht, deren erfolgreiche Montage viel Geschick und Zeit erforderte. Beispielsweise ist es bekannt, Membraneinheiten mit Membranen aufzubauen, welche in herkömmlicher Weise entweder durch kontinuierliche oder abschnittsweise Gießverfahren erstellt wurde, wie sie gewöhnlich zur Herstellung plastischer Filme verwendet werden. Derartige vorgeformte Membranen werden mit Stützgliedern, Dichtungen und Flüssigkeits-Leitelementen zu Einheiten zusammengefaßt. In jedem Falle sei daran erinnert, daß Membranen dünn und zerbrechlich sind, und daß sie daher zwecks Herstellung solcher Anordnungen schwer zu handhaben sind. Außerdem stellen sich schwerwiegende Dichtungsprobleme in derartigen Einheiten. Beispielsweise hat man herausgefunden, daß Versuche zur Schaffung einer Dichtung in einer Membraneinheit durch Kontaktierung der Membran mit Dichtungen wie O-Ringen zu Belastungspunkten in der Membran führten. Diese Belastungspunkte sind gekennzeichnet durch eine herabgesetzte Siebeigenschaft, wie durch Farbprüfungen nachgewiesen

verden kann.

Ein Membranschichtkörper der eingangs genannten Kn ist aus der niederländischen Patentschrift Nr. J5 17 238 bekannt. Demnach gibt es bereits ein Stützelement mit Membranbeschichtung, welche am K.ern haftet. Es wird ein permeabler Leim /wischen dem Kern und der Membran verwendet, <;der es kann ein Bindemittel auf den Kern derart aufgebracht werden, daß nur das feste Oberflächengerüst überzogen wird. Wenn dann die Membran auf den Kern aufgelegt wird, bleiben die inneren Hohlräume in freier direkter Verbindung mit der Membranoberfläche, ohne daß sich ein Überzug aus Bindemittel dazwischenlegt. Es ist auch bekannt, die Membran unmittelbar auf den Kern aufzugießen, wobei dafür zu sorgen ist, daß das Membranmaterial nicht in die Hohlräume des Kerns eingesaugt wird. Nachteilig ist es aber, daß zum Freihalten der inneren Hohlräume ein extra Mittel aufgebracht werden muß. Außerdem hat sich beim Aufbringen eines Leimes oder eines Bindeinittels auf die innere Kernlamelle in der Praxis gezeigt, daß die inneren Hohlräume tatsächlich nicht immer in freier direkter Verbindung mit der Membranoberfläche verbleiben, sondern sich ein Überzug aus Bindemittel mehr oder weniger störend dazwischenlegt. Die Maßnahmen, wie man dafür sorgen soll, daß das Membranmaterial nicht in die Hohlräume des Kerns eingesaugt wird, sind nicht angegeben.

Aus der DT-AS 11 96 160 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Anionen-Austauscher-Membranen bekannt. Hier wird aber das Stützgewebe einer Membrantrennungseinheit mit der membranbildenden Flüssigkeit durchtränkt. Dies ist erfindungsgemäß nicht erwünscht, denn der Membranschichtkörper soll hohlraumartig sein. Außerdem tritt das Permeat an der der Beaufschlagungsfläche gegenüberliegenden Seite der Membran aus, nicht aber aus der Stirnkante; d. h. im bekannten Fall werden die Austauschermembranen dort, wie allgemein auch bei anderen Membranen üblich, senkrecht zur Flächenebene durchflossen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die einfachste Art der Beschichtung des druckfesten, hohlraumhaltigen blattförmigen Kernes mit der Membranschicht so zu ermöglichen, daß ein Durchtränken des porösen Stützkörpers verhindert wird.

Der gemäß der Erfindung hergestellte Membranschichtkörper aus einer porösen mittleren Kernlamelle und zwei äußeren Kernlamellen von kleinerer Porengröße als die mittlere Kernlamelle besteht und der mit den Membranschichten überzogenen Membranschichtkörper in die Trennwand mittels einer Dichtung eingepaßt ist. Mit einem solchen Membranschichtkörper erreicht man in sehr einfacher Weise ein hohlraumhaltiges Innenteil, durch dessen vorteilhafte Anordnung in der Trennwand außerdem die Möglichkeit geschaffen ist, daß sich das Permeat längs durch die Stirnwand ableiten läßt. Es wird ferner in vorteilhafter Weise durch niedrige Kosten die Herstellung einer Membrantrennanordnung ermöglicht, weil man die Anordnung vor dem Aufbringen der empfindlichen Membranoberfläche zusammenfügt und auf diese Weise die Membranen selbst schützt, ohne daß Zeitverlust, eine besondere Sorgfalt und Geschick bei der Montage erforderlich wären. Ohne Auseinandernehmen des nachfolgend noch genauer beschriebenen Membraneinsatzes können die Membranschichtkörper ausgetauscht werden, wenn die Membranoberfläche verstopft ist. Die einfache Montage ist bei der Flüssigkeitstrennung wichtig.

Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, wenn die mittlere und die äußeren Kernlamellen aus Papier unterschiedlicher Dicke und Dichte, beispielsweise die mittlere Lamelle aus Papier von 0,75 mm Dicke und einer Dichte von 0,2 g pro cm³ und die äußeren Kernlamellen von 0,25 mm Dicke und einer Dichte von 0,5 g pro cm³ bestehen. Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des Membranschichtkörpers gemäß der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend angefügten Unteransprüchen.

Das Verfahren zur Herstellung des Membranschichtkörpers ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß während des Eintauchens des blattförmigen Stützkörpers in die membranbildende Flüssigkeit im inneren des blattförmigen Stützkörpers ein Teilvakuum von vorzugsweise 12,7 bis 254 mm Hg in den Hohlräumen des Stützkörpers aufrechterhalten wird, das beim Abziehen des Membranschichtkörpers aus dem Tauchbad vorzugsweise auf 1/2 bis 1/50 reduziert wird. Man kann auf diese Weise Membranschichtkörper herstellen, ohne daß man die empfindlichen Filme besonders handhaben muß. Man baut mehrere Körper zu einer größeren Baueinheit zusammen und belegt diesen Aufbau durch Tauchverkleidung mit den gewünschten Membranschichten. Hierbei ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, daß die Berührung der membranbildenden Flüssigkeit mit allen Teilen der Stützkörper sowie die angemessene Dränage der überflüssigen Lösung mit dem Herausziehen des Membraneinsatzes aus dem Tauchbad sichergestellt werden. Durch das Eintauchen in die membranbildende Flüssigkeit in einer Vorbehandlungsstufe ist praktisch in vorteilhafter Weise ein Durchtränken der porösen Folien mit der Membranbildenden Flüssigkeit verhindert.

Da der Membranschichtkörper nach der Erfindung in richtiger Lage mit der Membran in flüssiger Form versehen wird, kann sich die Membran etwaigen Unvollkommenheiten des Stützkörpers anpassen, so daß Situationen ausgeschaltet sind, bei welchen vorgegossene Membranen wegen mangelhafter Abstützung brechen. Die Membranschichten haften bei dem Körper gemäß der Erfindung nicht nur an den porösen Stützkörpern an, sondern bilden auch eine enge Berührungsfläche mit allen anderen Bestandteilen der integrierten Anordnung, beispielsweise mit der undurchlässigen Trennwand.

Um das Wesen der Erfindung noch deutlicher herauszustellen und deren Anwendungen aufzuzeigen, wird diese anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt, in welchen

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Membrangestellungseinheit nach der Erfindung zeigt, F i g. 2 eine Endansicht der Einheit nach F i g. 1 zeigt, Fig.3, 4, 5 und 6 vergrößerte Querschnitte mit verschiedenen Dichtungstechniken gemäß der Erfindung zeigen und

F i g. 7 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Ausführung der Erfindung zeigt.

Die F i g. 1 und 2 zeigen Ausgestaltungen de; Membran/einsatzes welche gemäß der Erfindung zi integrierten Einheiten zusammengefügt werden, bevoi die empfindlichen Membranschichten aufgebracht wer den. Diese werden sekundär auf den freien bzw ungeschützten Oberflächen der porösen, flüssigkeitsfüh renden Teile des zusammengefügten Aufbaues durcl Eintauchen des Membraneinsatzes in eine membranbil

dende Flüssigkeit gebildet.

Ausgehend von der Ausgestaltung in F i g. 1 und 2, wird ein Membraneinsatz 20 gezeigt, der in einem gestrichelt gezeigten Gehäuse 21 untergebracht ist, weil das Gehäuse selbst für die Erfindung nicht kennzeichnend ist. Das Gehäuse 21 ist mit einer Einlauföffnung 23, einer Konzentratablauföffnung 25 und einem Abfluß-Ausgangskanal 27 versehen. Der Membraneinsatz 20 erhält eine Vielzahl von Membranstützkörpern, die vorzugsweise in Gestalt von Folien oder Platten 22 in einem Stapel angeordnet sind und dazwischen verhältnismäßig enge Durchgänge oder Kanäle 24 festlegen. Die Platten 22 sind porös, und zwischen ihnen befinden sich Zwischenräume zur Führung der Flüssigkeit innen entlang der Plattenebene. Die Platten 22 bestehen in einer bevorzugten Ausführungsform aus lameliiertem Papier als poröser Stützkörper, wie in Verbindung mit den F i g. 3 bis 6 vollständig beschrieben wird.

Ein Ende 26 jeder Platte 22 erstreckt sich durch einen undurchlässigen Zwischenboden, bzw. einen Flüssigkeitsbehälter 28. Der Flüssigkeitsbehälter 28 ist mit einem O-Ring 29 versehen, der in das Gehäuse 21 eingefügt ist, um die Einführkanäle 24 gegen den Permeatablauf 27 abzudichten. Die entgegengesetzten Seiten der porösen Platten werden durch ein Distanzstück im Abstand voneinander gehalten, welche Aussparungen 32 besitzt, welche über die Enden des porösen Stützkörpers passen.

Die Teile des derart beschriebenen Membraneinsatzes werden zuerst zu einer integralen Einheit verbunden und daraufhin tauchverkleidet, wie in Verbindung mit Fig.7 genauer beschrieben wird, um die freien Oberflächen des porösen Stützkörpers mit Membranschichten 34 zu bedecken.

Die F i g. 3 bis 6 zeigen als vergrößerte Schnittansichten den Membranschichtkörper und verschiedene Abdichtungstechniken nach der vorliegenden Erfindung. In der Anordnung nach F i g. 3 besteht der poröse Membranschichtkörper aus einem Schichtenaufbau mit einer mittleren Kernlamelle 181 und zwei äußeren Kernlamellen 183. Der Stützkörper erstreckt sich durch die undurchlässige Trennwand 184 und stellt eine Flüssigkeitsverbindung durch diese her. Die mittlere Kernlamelle 181 dient dem Transport des Permeatablaufes, welcher entlang der Ebene der Lamelle und durch die Wand durch die Membran gelangt ist. Zu diesem Zwecke sollte die mittlere Kernlamelle sehr große Poren oder einen offenen Raum haben. Da weiterhin ein sehr großer Einspeisungsdruck für den Trennungsprozeß notwendig ist, wird der Stutzkörper so der Druckbelastung zwischen den gegenüberliegenden Membranen ausgesetzt. Infolgedessen muß die mittlere Kernlamelle 181 eine hinreichende Druckfestigkeit besitzen, um die Zerstörung Ihrer Poren zu vermeiden. Man hat herausgefunden, daß ein Papier mit 0,75 mm SS Dicke und einer Dichte von 0,2 g pro cm³ die gewünschten Eigenschaften zu haben pflegt, wenn es mit Phenolharz behandelt wird. Die äußeren Kernlamelten 183 dienen der Aufnahme der die Membran formierenden Flüsslgkeltsschlcht, um die entstehende Membran unter den Betriebseinspeisedrucken zu stützen und um die Ablaufflüssigkeit in die mittlere Lamelle zu befördern. Mit Phenol behandeltes Papier von 0,25 mm Dicke und einer harzfreien Dichte von 03 g/cm¹ wurde bei der vorliegenden Erfindung zufriedenstellend benutzt. Lose Papierfasern dürfen aus <kr. ·Iber/ittche hoch»*"·?·· H* zu e(Ua "Λι'-Μ der Membrandicke (beispielsweise ungefähr 0,023 bis 0,1 mm) herausragen, oder sie zerstören die Stetigkeit der Membran, welche nachfolgend um diese Fasern herum vergossen wurde. Obwohl eine Porengröße bis zu 0,2 mm in der äußeren Kernlamelle die Membran beim Betrieb angemessen zu stützen pflegt, sind sehr viel feinere Poren (beispielsweise von 0,05 bis 0,08 mm) vorzuziehen, um eine überflüssige Durchtränkung des porösen Trägers durch die flüssige Membranschicht zu verhindern. Die mittleren und die äußeren Kernlamellen des porösen Trägers sind zusammengekittet, um die Auflösung der Lamellen.zu verhindern, aber bei der Verkittung muß das Vermögen des porösen Trägers Flüssigkeit leiten zu können, erhalten bleiben. Man hat herausgefunden, daß eine wirksame Verkittung ohne Brechen der Papierporen erreicht wird, wenn die Papierlamellen einen verhältnismäßig hohen Phenolgehalt (50 %) enthalten und in Verbindung mit verhältnismäßig niedrigen Verkittungsdrücken (0,731 kg/cm³) benutzt werden.

An den Rändern des porösen Stützkörpers wird ein Abdichtungsverfahren angewendet, um zu verhindern, daß die die membranbildende Flüssigkeit die mittlere Kernlamelle 181 durchtränkt, und um eine angemessene Stützung der Membran auf diesen Rändern vorzusehen. Wie in F i g. 3 gezeigt ist, wird die Dichtung 185 durch Bürsten, Rollen der Einsenken eines mit der Membran verträglichen Dichtungsmaterials quer über die Außenränder der Kernlamelle ausgeführt. Die Membran 190 wird daraufhin über die Randdichtung 185 formiert. Diese Dichtungen können auf den Rand der Kernlamellen vor dem Zusammenfügen zu einem Membraneinsatz aufgelegt werden, aber es kann vorzuziehen sein, diese Ränder erst nach dem Zusammenbau abzudichten, da dann die Ränder der angrenzenden Kernlamellen ausgerichtet sind und gleichzeitig in einer Anordnung des Absorptionselementes, wie sie in den F i g. 1 und 2 gezeigt ist, abgedichtet werden können.

Wie in F i g. 3 gezeigt ist, wird der Membraneinsatz durch Einlegen des lameliierten porösen Stützkörpers in vorgeschnittene Nuten 182 in der undurchlässigen Trennwand 184 zusammengefügt. Ein Klebemittel oder Kitt 186 wird zwischen dem porösen Stützkörper 181, 183 und der Wand 184 im Bereich der letzteren aufgebracht, um diese Teile zu verbinden. Insbesondere kann das Klebemittel 186 auf den porösen mittleren Kernlamellen 181 vor dem Zusammenbau durch Tauchverkleidung aufgebracht werden, und nach dem Einsetzen in die Nute 182 wird das Klebemittel und der poröse Folienstützkörper, soweit sie überflüssig sind, (mit strichpunktierten Linien gezeigt) entfernt, um die Durchgänge für die Ablaufflüssigkeit zu öffnen.

Über die Schicht mit der membranbildenden Flüssigkeit bildet sich die Membranschicht 190 auf den freigelegten Oberflächen der äußeren Kernlamellen 183, der Dichtung 18S und des Klebematerials 186. Das Klebemateriat wird ausgesucht, um nicht nur die porösen Lamellen, d.h. den Stutzkörper In der undurchlässigen Wandung zu befestigen, sondern auch, um den Stützkörper mit der Membranschicht zu verkitten und damit den Stützkörper-Wandanschluß abzudichten. Beispielsweise sind für ionische Polymere auervernetzende Klebemittel, wie phenol· und amlnhaltigo Stoffe geeignet. Das Aushärtungsverhalten bei Raumtemperatur von Resorcla macht dieses zum bevorzugten Klebemittel. Wenn Cellulose', Acryl· oder Mischpolymermembranen verwendet werden, wird eine "St/üiht vw <.«*Müluse/iitrat auf Jem Teil, an wrkViem die Klebung erfolgen soll, sogar nach dem Trocknen

reaktiviert und bewirkt eine gute Verkittung mit der durch das Eintauchen formierten Membran.

In Fig.4 ist ein verbundener Membranschichtkörper gezeigt, bei welchem der lameliierte poröse Stützkörper mit einer mittleren Kernlamelle 200 und Außenlamellen 201 in die undurchlässige Trennwand 202 ohne irgendwelches dazwischen befindliche Klebmittel eingesetzt ist. Diese Anordnung ist beispielsweise zweckmäßig, wenn die Wandung über die Ränder des lameliierten Stützkörpers geformt oder gegossen ₎₀ wurde. Für den Fall, daß das erforderliche Wandungsmaterial nicht richtig unmittelbar mit der Membran verkittet würde, wird ein Zwischenmaterial 204 auf der Schnittlinie zwischen dem Stützkörper und der Wandung aufgebracht, welches für die Verkittung des Wandungsmaterials des Membranschichtkörpers ausgewählt ist. Dann bildet die entstehende Membran 206 für die nachfolgende Tauchverkleidung eine verkittete Überlappung über das Zwischenmaterial 204. Fig.5 zeigt den Aufbau eines Stützkörperwandanschlusses, bei welchem sowohl die undurchlässige Wand als auch der poröse Stützkörper in das membranbildende Bad getaucht werden. Dementsprechend wird eine Membran 210 über die Oberfläche des lameilierten porösen Stützkörpers 212,213 und auch über die undurchlässige Trennwand 214 gebildet. Vorzugsweise wird das Wandmaterial derart gewählt, daß das Membranschichtmaterial unmittelbar mit der Wand verkittet und dichtet, ohne ein Zwischenhaftungsmittel zu benötigen. Falls dies nicht möglich ist, kann eine der Zwischenmaterialdichtungstechniken der F i g. 3,4 und 6 in dieser Anordnung verwendet werden.

Fig.6 zeigt einen Stützkörper-Wandanschluß, bei welchem ein Dichtungsmaterial 220 nach der Schichtbildung der Membranen 222 auf dem lameilierten, porösen Stützkörper 224,225 aufgebracht wurde, welcher in die undurchlässige Trennwand 226 eingefügt wurde. In diesem Falle bedecken die Membranschichten 222 die freigelegten Flächen des Stützkörpers 224,225 bis nahe Hn die undurchlässige Trennwand, und dann wird das Dichtungsmittel 220 aufgebracht. Diese Technik wäre insbesondere für die Ausgestaltung eines Membraneinsatzes gemäß den F i g. 1 und 2 anwendbar, bei welcher ein flüssiger Isoliergrund auf der oberen Fläche des Körpers 28 in der in F i g. 1 gezeigten Lage aufgebracht werden könnte und man das Isoliergrundmaterial 220 zwischen die benachbarten Stützkörper fließen ließe, um eine Randwulst zu bilden.

In F i g. 7 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung schematisch gezeigt. Die so Eintauchvorrichtung enthält eine Vielzahl von Stationen oder Schienenabschnitten 152, 134, 1S6, 158 und 160, welche eine Vielzahl beräderter Wagen 162 tragen. Die Wagen 162 halten die zusammengefügten Aufbauten der Membraneinsätze wie welter oben beschrieben wurde, um sie in ein membranbildendes Bad einzutauchen. Jeder Wagen 162 ist mit inneren Durchgängen 164 versehen, welche zu einem oder mehreren Haltern 165 für die Membraneinsätze führen. Die Halter sind geeignet, um die Membraneinsätze abgedichtet auf den Wagen zu befestigen, wobei die Ablaufräume der Membraneinsätze mit den Durchgängen 164 der Wagen In Verbindung stehen. Jeder Wagendurchgang 164 hat eine öffnung 166, welche mit den Leitungen 170 und 172 verbunden werden kann, die an bestimmten Abschnitten dcr^vfcneaeystems für wcVcr umnn beschriebest»·· Zwecke vorgesehen sind.

In den Stationen 134, 156, 138 werden die betreffenden Wagen und die von ihnen getragenen Membraneinsätze in die zugehörigen Bäder 173, 174 und 177 abgesenkt Um dieses Absenken oder Eintauchen vorzunehmen, können die Stationen der Schienenabschnitte 154, 156 und 158 durch senkrechte Schrauben 175 unterstützt werden, die mit Gewinde versehene, nicht drehbar gelagerte und in herkömmlicher Weise in vertikaler Lage angebrachte Wellen 176 aufweisen und mit nicht gezeigten Vorrichtungen versehen sind, um die Schraubenmuttern wahlweise in der einen oder anderen Richtung anzutreiben und die mit Gewinde versehenen Wellen und Schienenabschnitte steuerbar zu heben und zu senken.

Andererseits könnte die Vorrichtung, welche die Membraneinsätze tragenden Wagen von einer Station zur nächsten bewegt, anstelle der gezeigten Schienen- und Räderanordnung aus einem Schwenktisch bestehen. In diesem Falle würde jeder Wagen auf dem Schwenktisch zur unabhängigen Vertikalbewegung befestigt.

Das Verfahren nach der Erfindung wird durch den Betrieb der Anordnung von Fig.7 erläutert. Die zusammengefügten Aufbauten der Membraneinsätze ohne die Membranen, beispielsweise nach F i g. 1 und 2 werden auf einem Wagen an der Station 152 befestigt. Der Wagen wird dann zu Station 154 bewegt, wo die Membraneinsatz-Aufbauten von den Schrauben 175 abgesenkt werden, um die freien Teile der porösen Folien der Membraneinsätze in ein erstes Bad 173 zu tauchen. Dies ist eine Vorbehandlungsstufe, in welcher die porösen Folien behandelt werden, um zu verhindern, daß die porösen Folien mit der membranbildenden Flüssigkeit durchtränkt werden. Diese Anti-Durchtränkungsstufe kann lediglich aus einem Inwassertauchen bestehen, wodurch die Poren der porösen Trägerfolien vorgefüllt werden, um die Imprägnierung durch die membranbildende Flüssigkeit zu verhindern.

Bei manchen Membranmaterialien, wie beispielsweise Celluloseacetat, wirkt die Wasservorbehandlung nicht nur als eine physikalische Behinderung der Imprägnierung, sondern dient auch zur Abscheidung der Membranlösung an der Wasser-Lösungsberührungsfläche. Die Ausfällung der Membran verhindert im wesentlichen jeglich weitere Tränkung. Für gewisse Membranmaterialicn mag eine umständlichere Anti-Tränkungsbehandlung erforderlich sein, beispielsweise eine Siliconbehandlung. Wird ein mit Phenolhan behandeltes Papier als poröser Träger benutzt, so wirkt ein hoher Phenolgehalt in dem Papier abstoßend auf die Membranlösung und verhindert dadurch die Tränkung.

Nach der an der Station 154 ausgeführten Vorbe handlungsstufe bewegt sich der Wagen zur Station 156 wo die Membraneinsätze in ein Bad 174 einer einen PiIn bildenden Flüssigkeit getaucht werden, welohe bei spielsweise aus einer Latex, einem flüssigen Monome oder Polymer oder deren Lösung bestehen kann. Ml den Senk· und Hebeschrauben erreicht man ein genai gesteuertes Eintauchen und Zurückziehen aus dem Bai und es läßt sich die richtige Ablagerung der Flüssigkeit« schicht auf den porösen Trägern sicherstellen. An diese Eintauchstation sind die Durchgänge 164 in dem Wagei mit einer Leitung 170 verbunden; in dieser und de Ablaufräumen der Membraneinsätze und daher in dei Inneren Zwischenräumen der porösen Schichte herrscht ein geringes Vakuum. Während der Membran einsatz eintaucht, herrscht vorzugsweise ein Vaiww von 12,7 bis Ü54mm Quecksilbersaule. Das Vukuur wird dann auf einen Wert von der Hälfte bis auf 1/30 de

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ursprünglichen Betrages vermindert und wird beibehalten, während der Membraneinsatz herausgezogen wird. Schließlich wird das Vakuum aufgehoben. Auf diese Weise werden Luftblasen, welche sich auf der Oberfläche der porösen Folie bilden könnten, wenn diese in das Bad 174 eingetaucht wird, von der Oberfläche der Folie in die Zwischenräume und zuletzt in die Leitung 170 abgezogen. Wenn solche Blasen verbleiben könnten, wurden sie örtliche Änderungen der Trennungscharakteristik der Membran hervorrufen und durch den Bruch der dünnen Blasenwände unter den Betriebsdrücken zu kleinen Löchern im Film führen.

Nachdem die Tauchstufe an der Station 156 vollständig abgeschlossen ist, bewegt sich der Wagen zur Station 158, wo die jetzt benetzten Membraneinsätze in ein Bad 177 getaucht werden, welches die Fixierung des Filmes und die Erreichung der gewünschten Membraneigenschaften bewirkt. Es sind eine Vielzahl Fixierbehandlungen für neu gebildete Filme bekannt, aber bei einer gewöhnlichen Behandlung wird Wasser benutzt, um die Schichten Flüssigkeitsmembranlösungen zu fixieren.

Wie durch die strichpunktierte Linie 180 gezeigt wird, kann eine Verkleidung vorgesehen sein, um die die eingetauchten Membraneinsätze umgebende Atmosphäre von dem Augenblick an zu steuern, in der sie aus dem Bad 174 auftauchen, bis sie in das Fixierbad 177 getaucht werden. Durch eine derartige Steuerung der Umgebungsluft kann beispielsweise das unerwünscht schnelle Trocknen der Membran verhütet werden.

Es sei angemerkt, daß für das Fixierbad folgende Nachbehandlungsstufen wünschenswert sein können, um der Membran die erwünschte Trennungscharakteristik zu geben. Eine derartige Behandlung kann verschiedene aufeinanderfolgende Bäder aufweisen, um die Membran in verschiedene Flüssigkeiten einzutauchen. In jedem Falle wurde die Vorrichtung nach F i g. 7 vereinfacht, um nur die Fixierbadstufe zu zeigen, aber ähnliche Stufen würden vorgesehen, um derartige Nachbehandlungen durchzuführen.

Es kann wünschenswert sein, ein Teilvakuum auf der Ablaufseite der Membraneinsätze während des Fixier- und der folgenden Nachbehandlungsbader aufzubringen, und zu diesem Zwecke ist eine Vakuumleitung 172 an diesen Stationen vorgesehen. Die Anwendung eines solchen Teilvakuums ist beispielsweise in einem Heißwasserbad wünschenswert, in dem die höheren Temperaturen die Flüssigkeit in der Membran und/oder in dem porösen Träger verdampfen und daher zur Blasenbildung der Membran von ihrem Träger weg neigen. Schließlich wird der Wagen 162 zur Station 160 bewegt, bei welcher die Membraneinsätze entfernt werden. Bs sei angemerkt, daß Trocknungsstufen zwischen den verschiedenen Tauchbehandlungen eingebaut werden können. Wie In P Ig. 7 gezeigt wird, wird natürliche Lufttrocknung während der Zelt vorgesehen, in welcher sich die Membraneinsätze zwischen den aufeinanderfolgenden Bädern befinden. In jedem Falle können getrennte Trocknungsschienenabschnitte oder Stationen vorgesehen werden, um die Trocknungszeit zu verlängern, und/oder man verwendet auch ein beheiztes oder unbeheiztes Lufttrocknungsaggregat.

Die erfolgreiche Formierung semipermeabler Membranen nach der vorliegenden Erfindung hängt von der Wahl der Membranlösungen mit den erforderlichen Eigenschaften ab. Von größter Bedeutung ist die Zähflüssigkeit der Lösung. Man hat herausgefunden,

ίο daß für die vorliegende Erfindung eine Viskosität in der Größenanordnung von 100 bis 3500 Zentipoise wünschenswert ist. Die obere Viskositätsgrenze stellt eine vollständige Verkittung der porösen Stützkörper sicher, wenn der Membraneinsatz eingetaucht wird, und sichert

'5 die richtige Entwässerung der überflüssigen Lösung beim Herausziehen des Membraneinsatzes aus dem Tauchbad. Das untere Ende des Viskositätsbereiches wird durch die Schwierigkeit bestimmt, aus sehr dünnen Lösungen Membranen mit der richtigen Halte-Charakleristik zu bilden, sowie durch das Erfordernis, daß die Membranlösung die Poren der Stützkörper nicht vollständig imprägniert. In der herkömmlichen Technik der Membranformierung, beispielsweise der Formung mit einer Zugstange aus Glas werden gewöhnlich Gießlösungen viel höherer Viskosität verwendet.

In der vorliegenden Erfindung wird die Viskosität durch die Stärke der Lösung und durch die geeignete Wahl der Lösungsmittel bestimmt. Diese Steuerung der Eintauch-Lösung wird durch das folgende Beispiel erläutert. Eine zur Trennung (Entsalzung) geeignete Membran ist erfolgreich gebildet worden, welche 25 % Celluloseacetat, 25 % Formamid und 50 % Aceton enthält. Die Membran wurde glasvergossen, eine Minute lang getrocknet und dann gewaschen. Die Viskosität einer solchen Lösung ist bei weitem zu hoch, um sie bei dem Eintauch-Formverfahren nach der Erfindung erfolgreich zu verwenden. Die Lösung wurde daher geändert, so daß sie 19 % Celluloseacetat, 27 % Formamid und 54 % Aceton enthält. Diese Lösung mit

niedrigerer Viskosität wurde erfolgreich zur Herstellung einer Trennungsmembran mit ähnlichen Eigenschaften herangezogen.

Es sei ferner angemerkt, daß die Benetzungseigenschaft einiger herkömmlicher Membranlösungen wegen

der sehr hohen Tränkung der porösen Trägerfolie unbefriedigend für die Tauch-Formtechnik ist. Beispielsweise stellt eine Lösung aus HCL-Dioxan Wasser eines ionischen Harzes solch ein Problem dar. In jedem Falle können beim Übergang zu einer HCL-Äthanol-Wasscr-

S° lösung ionische Harzmemurancn mit ähnlichen Eigenschaften ohne die der herkömmlichen Lösung eigenen Benetzungsprobleme hergestellt werden. Andere Materialien, welche dafür bekannt sind, daß sie selektiv durchlässige Membranen bilden können, sind Cellulose

ss und Celluloseester, Acryl·, PVA-, Proteinharz, Nylon Harnstoff und Melamlnformaldehyd, Diese bekannter Materlallen können verwendet werden, um die Mem' branen gemäß der Erfindung zu bilden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Aus einem druckfesten, hohlraumhaltigen, blattförmigen Stützkörper mit beiderseitiger Mernbranschicht bestehender Membranschichtkörper, S dessen membranschichtfreie Endkante dichtend in eine Trennwand zwischen Rahflüssigkeitszulauf und Konzentratablauf einerseits und Permeatablauf andererseits eingepaßt ist, und dessen Stützkörper durch Eintauchen in eine membranbildende Flüssig- ό keit und anschließende Fixierung mit beiderseitigen Membranschichten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlraumhaltige Stützkörper aus einer porösen mittleren Kernlamelle (181,212, 200,224) und zwei äußeren Kernlamellen '5 (183,213,201,225) von kleinerer Porengröße als die mittlere Kernlamelle besteht und der mit den Membranmansrhetten (190,210,206,222) überzogene Membranschichtkörper in die Trennwand (184, 214,202,226) mittels einer Dichtung eingepaßt ist. *>

2. Vorrichtung nach Anspruch f, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere und die äußeren Kernlamellen aus Papier unterschiedlicher Dicke und Dichte, beispielsweise die mittlere Lamelle aus Papier von 0,75 mm Dicke und einer Dichte von *5 0,2 g/cm' und die äußeren Kernlamellen von 0,25 mm Dicke und einer Dichte von 0,5 g/cm³ bestehen.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kernlamellen eine Porenweite von 0,05 bis 0,08 mm haben.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren und die äußeren Kernlamellen aus Papier mit einem Phenolharzgehalt von vorzugsweise 50 °/o bestehen und durch Druck miteinander verkittet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den blattförmigen Stützkörper (181, 183) und die Trennwand (184) ein Klebrnittel (186) eingebracht ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Umfang der Schnittlinie des blattförmigen Stützkörpers (200,201 bzw. 224,225) und der Trennwand (202 bzw. 226) ein Dichtungsmittel (204 bzw. 220) aufgebracht ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung am Umfang der Schnittlinie des blattförmigen Stützkörpers (212, 213) und der Trennwand (214) aus der zugleich über dem Stützkörper (212, 213) und die Trennwand (214) aufgebrachten Membranschicht (210) besteht.

8. Verfahren zur Herstellung eines Membranschichtkörpers nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß während des Eintauchens des blattförmigen Stützkörpers in die membranbildende Flüssigkeit im Inneren des blattförmigen Stützkörpers ein Teilvakuum von vorzugsweise 12,7 bis 254 mm Hg in den Hohlräumen des Stützkörpers aufrechterhalten wird, das beim Abziehen des Membranschichtkörpers aus dem Tauchbad vorzugsweise auf 1/2 bis 1/5 reduziert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der blattförmige Stützkörper vor dem Eintauchen in die membranbildende Flüssigkeit einer Vorbehandlungsstufe unterzogen wird, durch welche das Eindringen membranbildender Flüssigkeit in den blattförmigen Stützkörper verhindert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die membranbildende Flüssigkeit eine Viskosität zwischen 100 und 3500 Centipoise besitzt.