DE19638049C1

DE19638049C1 - Verfahren zur Verminderung der H¶2¶BO¶3¶·-·-Retention bei Nano- und Ultrafiltration

Info

Publication number: DE19638049C1
Application number: DE1996138049
Authority: DE
Inventors: Dennis W Dipl Ing Nielsen; Franz W Dr Winterberg; Bent Dipl Ing Hundrup
Original assignee: HUNDRUP BENT DIPL ING FH
Current assignee: HUNDRUP BENT DIPL ING FH
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 1998-05-14
Anticipated expiration: 2016-09-19

Description

Die Erfindung betrifft Zusätze und Verfahren zur Verminderung der H₂BO₃⁻ Retention bei Nano- und Ultrafiltration.

Prozesse, wie Nanofiltration und Ultrafiltration, werden heute genutzt, um das Lösungsmittel, insbesondere Wasser, aus dem Materialstrom wiederzugewinnen.

Daher findet sich eine stark konzentrierte Lösung im Retentatstrom, eine Lösung welche aus vielen verschiedenen Spezies besteht, und der Prozeß ist, das Lösungs mittel betreffend, selektiv.

Die Selektivität bezüglich eines gegebenen Ion "i" ist durch die totale Prozeß retention, Ri definiert, ausgedrückt als:

C_i ^P und C_i ^B sind die Konzentration in der durchlässigen Permeatphase bzw. der Bulkphase.

Weil "i" einer totalen oder partiellen Retention unterliegt, ist unter normalen Bedin gungen C_i ^P kleiner als C₁ ^P und deshalb ist R_i größer 0.

R_i ist eine Funktion der Membrane, der Prozeßbedingungen und der chemischen Zusammensetzung des Materialstroms.

Ein Beispiel des o. a. Effekts ist das bekannte Donnan-Exclusions-Phänomenum, welches es ermöglicht, die negative Retention zu identifizieren.

R_i < 0 ↔ C_i ^P < C₁ ^B

Das negative Retentionsphänomen wird nicht nur mit dem Donnanprinzip ausge drückt, weil sich das Phänomen auch mit differenzierten Raten für Ionen bei durch lässigen Membranen findet, wie dies D. W. Nielsen und G. Johnson in Separation, Science Technologie, Nr. 9, 1994 beschrieben haben.

Es stellte sich die Aufgabe, einen Zusatz zu finden, der eine Verminderung der H₂BO₃⁻ Retention ermöglicht sowie ein Verfahren, um dies zu realisieren.

Diese Aufgabe wird nach Maßgabe des Patentanspruchs gelöst.

Dabei werden erfindungsgemäß ausgewählte Ammoniumsalze oder deren Mischun gen zugesetzt, was auf der Hochdruckseite einer Nano- oder Ultrafiltrationsmembrane erfolgt. Erfindungsgemäß tritt nach Zugabe von ausge wählten Ammoniumsalzen oder deren Mischungen vorzüglich unter bestimmten Bedingungen der Membrane und des Volumenstroms eine Verminderung der Retention zu negativen Werten auf, die als gleichmäßig erfindungsgemäß be schrieben wird.

Ausgewählte Ammoniumsalze oder deren Mischungen sind erfindungsgemäß ein Salz oder Salzmischungen bzw. Kombination von verschiedenen Salzen, welche auf den Cationen bzw. Anionen basieren oder als Bestandteil aufweisen, die in der folgenden Tabelle genannt sind:

CATION
ANION
N(Am)⁺	IO₃ ^-
N(Pr)⁺	C₆H₅CO₂ ^-
N(C₃H₇)₄ ⁺	H₂Po₄ ^-
N(C₄H₉)₄ +	C₂H₅CO₂ _-
N(C₅H₁₁)₄ ⁺
N(C_nH_2n+1)₄ ⁺

Erfindungsgemäß ist auch die Nutzung eines oder mehrerer der genannten Bestand teile.

Ein Beispiel dafür ist eine Bulklösung mit H₂BO₃⁻-Ionen mit Wasser als Lösungs mittel. Wenn eine Salzmixtur ausgewählter Ammoniumsalze oder deren Mischungen in diese Lösung bei fixierten Prozeßbedingungen zugegeben wird, dann vermindert sich R H₂BO₃⁻ von positiven Werten in Abhängigkeit der Membrane und des Volumenstroms vom hohen zum niedrigen Potentialbereich. Bei Zusatz von ausge wählten Ammoniumsalzen oder deren Mischungen, wie nachfolgend näher beschrie ben, auf der Hochdruckseite einer Nano- oder Ultrafiltrationsmembrane, ist die Retention von H₂BO₃⁻ für bestimmte Bedingungen zu gleichmäßigen negativen Werten vermindert.

Im allgemeinen gilt, je größer die Differenz zwischen dem Diffusionskoeffizienten für H₂BO₃⁻-Ionen und dem korrespondierenden Koeffizienten für die zugesetzten Anionen und Kationen ist, um so größer wird die Verminderung der Retention der H₂BO₃⁻-Ionen, unabhängig vom Umfang der Strömung in dem Prozeß. Andererseits kann man erkennen, daß die Retention der H₂BO₃⁻-Ionen abnimmt mit zunehmender Menge der zugesetzten Additive zum Substanzstrom des Prozesses.

Diese Änderung der Retention von H₂BO₃⁻-Ionen hängt ferner von der chemischen Zusammensetzung des Substanzstromes ab.

Das folgende Beispiel basiert auf einem Verfahren unter Verwendung einer Nano filtrationsmembran vom Typ Dow Chemicals HC50. Die hydrostatischen Druck differenzen zwischen der konzentrierteren Seite und der verdünnteren Seite der Membran wurden kontrolliert, so daß die Strömung durch die Membran konstant gleichmäßig 1-10^-6 m/s bei 25°C betrug.

Folgende 2 wäßrige Lösungen wurden untersucht:
Lösung 1: 0,01 M NaH₂BO₃
Lösung 2: 0,01 MNaH₂BO₃ + 0,1 MN(C₄H₉)₄JO₃.

Die Retention der H₂BO₃⁻-Ionen in der Lösung 1 wurde mit 0,2 gemessen, während die Retention in der Lösung 2 minus 0,1 betrug.

Claims

1. Verfahren zur Verminderung der H₂BO₃-Retention bei Nano- und Ultrafiltration, dadurch gekennzeichnet, daß Ammoniumsalze oder deren Mischungen zur Hochdruckseite der Membrananordnung zugesetzt werden, die als Cationen N(Am)⁺, N(Pr)⁺ und N(C_nH_2n+1)₄⁺ einzeln oder im Gemisch enthalten und die als Anionen JO₃⁻, C₆H₅CO₂⁻, H₂PO₄ und C₂H₅CO₂⁻ einzeln oder im Gemisch ent halten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ammoniumsalze oder deren Mischungen zur Hochdruckseite der Membrananordnung zugesetzt werden, die als Cationen N(Am)⁺, N(Pr)⁺, N(C₃H₇)₄⁺, N(C₄H₉)₄⁺, N(C₅H₁₁)₄⁺ und N(C₆H₁₃)₄⁺ einzeln oder im Gemisch enthalten.