DE2236982C3 - Verfahren zur Herstellung von semipermeablen Membranen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von semipermeablen Membranen

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Description

auf eine glatte Oberfläche gießt.
Seit Bekanntwerden des wichtigen Verfahrens von S. Loeb et al. bei dem durch Zugabe einer wäßrigen Lösung von Magnesiumperchlorat und Aceton zu Celluloseacetat als meinbranbildender Substanz eine Gießverformungslösung hergestellt, diese Lösung bei — 100C gießverformt und die vergossene Lösung eine bestimmte Zeit lang stehen gelassen wird, um einen Teil des Lösungsmittels abzudampfen, der Gießling in Wasser von 0°C eingetaucht wird, um eine Gelierung zu bewirken und ihn in einen gießverformten dünnen Film zu überführen, das Magnesiumperchlorat und das Aceton aus dem so gebildeten dünnen Film eluiert und der Film gegebenenfalls je nach Bedarf einer Wärmebehandlung unterworfen wird, wurde die Herstellung von semipermeablen Membranen gründlich untersucht. Diese Untersuchungen waren jedoch alle auf dem Verfahren von Loeb et al. ähnliche Verfahren gerichtet und sie konzentrierten sich hauptsächlich auf die Suche nach anderen hochmolekularen Substanzen als Celluloseacetat, die als membranbildende Substanzen geeignet waren, und auf die Suche nach neuen Gießverformungslösungep. insbesondere solchen Lösungen, in denen ein Ersatz für Magnesiumperchlorat verwendet wird. Diese Untersuchungen haben bisher jedoch nicht zu einem wesentlichen Fortschritt gegenüber dem Verfahren von Loeb et al. geführt
Tatsächlich sind bisher keine Substanzen bekanntgeworden, die als membranbildende Substanz besser sind als Celluloseacetat, obwohl bereits viele Jahre seit Auffindung des Verfahrens von Loeb el al. verstrichen sind. Bisher sind viele neue Verfahren unter Verwendung von Celluloseacetat als membranbildender Substanz vorgeschlagen worden. Die meisten dieser Verfahren ähneln jedoch dem weiter oben erwähnten Membranherstellungsverfahren von Loeb et al. und sie sind durch die folgenden gemeinsamen Merkmale charakterisiert:
A) Die Gießverformungslösung besteh! in der Regel aus den folgenden drei Komponenten:
(1) Celluloseacetat oder einem anderen Celluloseester.
(2) einem Lösungsmittel (in vielen Fallen Aceton) und
(3) einem Zusatz aus einer einzelnen Substanz oder einer zusammengesetzten Masse, die als »Quellmittel bzw. Verdickungsmittel« bezeichnet wird;
B) diese Gießverformungslösung wird beispielsweise auf eins Glasplatte mit einer glatten und sauberen Oberfläche vergossen unter Bildung eines dünnen Rims aus der Lösung und dieser wird eine bestimmte Zeit lang stehen gelassen, um einen Teil des Lösungsmittels zu verdampfen;
C) dann wird der dünne Film in eine Flüssigkeit eingetaucht, die für Celluloseacetat oder den Celluloseester ein Nicht-Lösungsmittel ist und in der Lage ist, das Lösungsmittel lind das zur Herstellung der Gießverformungsiösung verwendete Quellmittel aufzulösen (in vielen Fällen Wasser), und das Lösungsmittel und das Quellmittel werden dadurch aus dem gelierten dünnen Film eluiert:
D) anschließend wird der gelierte Film wärmebehandelt, indem man ihn beispielsweise erforderlichenfalls in heißes Wasser eintaucht.
Die einzelnen unterscheidendeil Merkmale der verschiedenen bekannten Verfahren zur Herstellung von semipermeablen Celluloseacetatmembraneti. die alle durch die oben genannten gemeinsamen Merkmale charakterisiert sind, beruhen in erster Linie auf der Art und Menge des zur Herstellung der Gießverformungslösung verwendeten Quellmittels. Wenn diese ähnlichen Membranherstellungsverfahren von einem anderen Gesichtspunkt aus betrachtet werden, z. B. im Hinblick auf den Faktor der Gießverformungstemperatur, so ist es möglich, viele Quellmittel in die folgenden zwei Gruppen einzuteilen:
(a) Quellmittel, die eine Gießverformungslösung ergeben, die bei Umgebungstemperatur gießverformt werden kann (z. B. Formamid, Maleinsäure und dgl.): und
(b) Quellmittel, die keine semipermeable Membran mit ausgezeichneten Eigenschaften ergeben, wenn die Gießverformung nicht bei einer Temperatur unterhalb Umgebungstemperatur (vorzugsweise unterhalb 00C. insbesondere bei etwa -1O0C) durchgeführt wird (wie z. B. eine wäßrige Lösung von Magnesiumperchlorat, Weinsäure und dgl.).
Es besteht kein wesentlicher Unterschied hinsichtlich der Eigenschaften der erhaltenen semipermeablen
Membranen, wenn das Quellmittel der zuerst genannten Gruppe oder das Quellmittel der zuletzt genannten Gruppe verwendet wird, vorausgesetzt, daß die geeignete Gießverformungstemperatur angewendet wird. Bei der praktischen Durchführung ist jedoch das Verfahren, bei dem die Gießverformung bei einer tieferen Temperatur durchgeführt werden muß. weniger vorteilhaft als das Verfahren, bei dem die Gießverformung bei Umgebungstemperatur durchgeführt werden kann.
bo Die Einzelheiten des Mechanismus, nach dem die semipermeablen Membranen vom sogenannten Loeb-Typ nach diesen Membranhcrstellungsvcrfahicn gebildet werden, sind bisher nicht aufgeklärt. Es ist schwer zu verstehen, warum keine semipermeable
b5 Wand mit ausgezeichneten Eigenschaften erhalten werden kann, wenn eine Gießverformungslösung. die ein Quellmittel der Gruppe (b) enthält, bei Umgebungstemperatur gießverformt wird. Es wird jedoch ange-
nommen. daß die folgenden Faktoren den aus der Gießverformungslösung hergestellten dünnen RIm beeinflussen können als Folge einer Änderung der Gießverformungstemperatur:
(1) Der Lösungszustand ändert sich durch Änderung der Temperatur der Lösung;
(2) die Verdampfungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels aus der Oberfläche des Filmes ändert sich und dadurch ändert sich auch die Konzentration und der Konzentrationsgradient in der Filmoberfläche.
Von den vorstehend genannten beiden Änderungen kann die zuletztgenannte durch Änderung anderer Gießverformungsbedingungen eingestellt werden. Wenn z. B. ein Film aus einer Gießverformungslösung hergestellt wird, die zu 25 Teilen aus Celluloseacetat, zu 45 Teilen aus Aceton und zu 30 Teilen aus Formamid besteht, kann eine Verschlechterung der erwünschten Eigenschaften der e/haltenen semipermeablen Membran dadurch verhindert werden, daß man die Verdampfungszeit einreguliert, selbst wenn die Gießverformungstemperatur von 10 bis 3O0C variiert wird. Außerdem ist es durch Erhöhung des Partialdruckes von Aceton möglich, die optimale Verdampfungszeil zu verlängern und den Bereich der erlaub'.en Toleranzen bezüglich der Mengen der Ausgangsmaterialien und der Verdampfungszeit zu verbreitern. Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß eine Änderung der Gießverformungstemperatur innerhalb des oben angegebenen Bereiches zu keiner fe.oßen Änderung des Lösungszustandes führt und daß deshalb die EWlüsse auf den dünnen Lösungsfilm durch e>ne Änderung der Gießverformungstemperatur kompensiert we-ien können durch Einstellung der Menge des aus der Filmoberfläche verdampfenden Lösungsmittels.
Wenn jedoch die Gießverformung unter Verwendung der oben angegebenen Lösung bei - 10°C durchgeführt wird, so wurde festgestellt, daß es selbst dann, wenn diese Bedingungen innerhalb breiter Bereiche variiert wurden, entgegen den Erwartungen unmöglich war, eine mit einer semipermeablen Wand optimaler Qualität, die durch Gießverformung bei Umgebungstemperatur erhalten wird, vergleichbare semipermeable Membran zu erhalten. Darüber hinaus wurde, wenn eine Gießverformungslösung. die aus 22.2 Teilen Celluloseacetat. 66.7 Teilen Aceton und 11,1 Teilen einer 10°/oigen wäßrigen Lösung von Magnesiumperchlorat bei Umgebungstemperatur gießverformt wurde, selbst wenn die Verdampfungszeit, der Dampfdruck von Aceton in der Atmosphäre und andere Bedingungen stark variiert wurden, nur eine semipermeable Membran erhalten, die viel schlechter war als eine semipermeable Membran., die bei der Durchführung der Gießverformung bei -10cC erhalten wurde. Andererseits konnte selbst dann, wenn im Hinblick auf die Herabsetzung der Verdampfungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels aufgrund der ihm eigenen Eigenschaf! anstelle von Aceton ein hochsiedendes Lösungsmittel verwendet wurde, eine semipermeable Membran mit ausgezeichneten Eigenschaften erhalten werden.
Wie aus den vorstehenden experimentellen Ergebnissen hervorgeht, war es bei den Gießverformungsverfah· ren unter Verwendung einer Gießverformungslösung. die ein Quellmittel der Gruppe (b) enthielt, bisher als wesentlich angeschen worden, daß die Gießverformung bei tiefen Temperaturen durchgeführt wird, um semipermeable Membranen mit ausgezeichneten Eigenschaften zu erhalten.
Im Gegensatz dazu wurde nun bei der Untersuchung von Celluloseacetat als membranbildende Substanz enthaltenden Lösungen und bei der Untersuchung der Gießverformungsbedingungen gefunden, daß bei der Herstellung einer Gießverformungslösung. die ein Quellmittel der Gruppe (b), nämlich ein Quellmittel enthält, von dem man bisher annahm, daß es eine
ίο Lösung liefert, die bei tiefen Temperaturen gießverformt werden muß, es bei Verwendung eines zusammengesetzten Lösungsmittels, das aus Aceton als einer Komponente und einem spezifischen Lösungsmittel als der zweiten Komponente besteht, anstelle von Aceton alletA selbst dann möglich ist, eine semipermeable Membran mit ausgezeichneten Eigenschaften zu erhalten, wenn die Lösung bei Umgebungstemperatur gießverformt wird. Bei der zweiten Komponente, die erfindungsgemäß verwendet wird, handelt es sich um eine Verbindung aus der Gruppe 1,4-Dioxan, 13-Dioxo-Ian, Dimethylformamid und 2-Methoxyäthylacetat.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung von semipermeablen Membranen bei Umgebungstemperatur, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen dünnen Film einer Gießverformungslösung, die besteht aus
A) 11 bis 30 Gew.-o/o Cell Joseacetat.
B) 11 bis 29 Gew.-% einer wäßrigen Lösung eines Quellmittels aus der Gruppe Magnesiumperchlorat. Weinsäure. Salpetersäure, Kaiiumjodid. Essigsäure, t-Butanol und Mischungen von Magnesiumperchlorat, Zinkbromid und Zinkchlorid.
C) 5 bis 63 Gew.-% Aceton
D) 5 bis 61 Gew.-% einer Verbindung aus der Gruppe 1.4-Dioxan. 13-Dioxolan. Dimethylformamid und 2-Methoxyäthylacetat. und gegebenenfalls
E) weiteren üblichen Zusätzen
auf eine glatte Oberfläche gießt.
Unter dem hier verwendeten Ausdruck »umgebungstemperatur« ist eine Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 10 bis etwa 35° C, in der Regel etwa 20"C. αϊ verstehen. Als Celluloseacetat wird vorzugsweise ein in Aceton lösliches Celluloseacetat mit einem Acetylgehalt inner halb des Bereiches von 32 bis 42 Gew.-% verwendet.
Das charakteristische Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein zusammengesetztes Lösungsmittel verwerdet wird, das aus den oben
so erwähnten beiden spezifischen Komponenten besteht und das die erfindungsgemäß erzielbaren signifikanten Verbesserungen ermöglicht. Zum Beispiel weist eine semipermeable Membran, die durch Gießverformung einer bekannten Gießverformungslösung aus 21 Teilen Celluloseacetat. 67.5 Teilen Aceton und 11.5 Teilen einer 10%igen wäßrigen Magnesiumperchloratlösung bei — 100C und Wärmebehandlung der vergossenen Lösung bei 73' C hergestellt worden ist. solche Eigenschaften auf. daß dann, wenn 3500 ppm Natriumchlorid
bo enthaltendes Wasser unter einem Druck von 40 Atmosphären in einem Umkehrosmosesystem über die Membran geführt wird, ein Salzenifcrnungsverhälinis von 91% und eine Wasserpermeation von 1.02 m3/ mVTag erzielt werden. Wenn jedoch diese bekannte
b5 Gießverformungslösung bei Umgebungstemperatur (20°C) unter Anwendung verschiedener anderer Verdampfungszeiten innerhalb des Bereiches von 120 bis 10 Sekunden gießverformt wird, so weist das erhaltene
optimale Produkt nur ein Salzentfernungsverhältnis von 87% und eine Wasserpermeation von 0.15 m3/m2/Tag auf. Im Gegensatz dazu hat eine semipermeable Membran, die durch Gießverformung einer Gießverformungsiösung, die erfindungsgemäß unter Verwendung eines zusammengesetzten Lösungsmittels aus 45.5 Teilen Aceton und 22 Teilen 1,4-Dioxan anstelle von 67.5 Teilen Aceton mit im übrigen den gleichen Bestandteilen hergeste'lr worden ist. bei Umgebungstemperatur (200C) erhalten wurde, ein ausgezeichnetes Salzentfernungsverhältnis von 95% und eine ausgezeichnete Wasserpermeation von 1,26 m3/m2/Tag.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Beispiele 1—4,
Vergleichsbeispiele 1 —8 und
Bezugsbeispiele 1 —2
Bei der Herstellung einer Reihe von Gießverformungslösungen. die aus 22.2 Teilen Celluloseacetat. 11.1 Teilen einer 10%igen wäßrigen Magnesiumperchloratlösuag als Quellmittel und 66.7 TeiSsn eines Lösungsmittels bestanden, wurden zusammengesetzte Lösungsmittel verwendet, die aus Aceton als erster Komponente und aus den in der folgenden Tabelle I angegebenen verschiedenen anderen organischen Lösungsmitteln als zweiter Komponente bestanden. Jede der so hergestellten Lösungen wurde auf eine Glasplatte mit einer sauberen und glatten Oberfläche bei Umgebungstemperatur (20±l°C) in einer Dicke von 250μιη vergossen unter Bildung eines dünnen Filmes der Lösung. Der so erhaltene dünne Film wurde die in der folgenden Tabelle I angegebene Verdampfungszeit lang stehen gelassen, um einen Teil des Lösungsmittels zu verdampfen, und dann wurde der Film etwa 1 Stunde lang in Wasser von 0 bis 1°C eingetaucht, um das Lösungsmittel und das Quellmittel daraus zu eluieren. Dann wurde der dünne Film 14 Minuten lang in heißes Wasser eingetaucht, das bei der in der folgenden Tabelle I angegebenen Wärmebehandiungstemperatur gehalten wurde, ur-i die Wärmebehandlung zu bewirken.
Aus den dabei erhaltenen semipermeablen Membranen wurden kreisförmige Probestücke mit einem Durchmesser von 75 mm herausgeschnitten. Durch Verwendung einer Vorrichtung, die der in der bekannigemachien japanischen Patentanmeldung Nr. 20 483/?0 beschriebenen Vorrich:ung entsprach, wurde die Salzentfernungskapazität gemessen. Die Messung wurde in der Weise durchgeführt, daß Natriumchlorid in einer Konzentration von 3500 ppm in Wasser unter einem Druck von 42 kg/cm2 (gauge) mit einer Ziiführungsgeschwindigkeit von 401/Std. zugeführt wurde und aus dem permeierten (durchgedrungenen) Wasser 30 Minuten nach Beginn der Unterdrucksetzung Proben entnommen wurden. Die Ergebnisse der Messungen der Salzentfernungskapazilät sind in der folgenden Tabelle ίο I angegeben. Der in der folgenden Tabelle angegebene Wert des Salzentfernungsverhältnisses wurde aus der folgenden Gleichung errechnet:
Salzentfernungsverhältnis = 100 χ (Co—Cp)/Co worin Co die Salzkonzentration (in ppm) in dem Natriumchlorid enthaltenden zugeführten Wasser und Cp die Salzkonzentration (in ppm) in dem durch die Membran hindurchgedrungenen Wasser (gereinigtes Produktwasser) bedeuten.
In den Bezugsbeispielen wurden unter den optimalen Bedingungen der bekannten Membranherstellungsverfahren semipermeable Membrpnen hergestellt. Mit ihnen wurden die gleichen Meji.-angen durchgeführt, indem man sie willkürlich (statistisch) in den Testreihen zusammen mit den in den obigen Beispielen erhaltenen Proben einsetzte. Die Membranhersteliungsvsrfahren und -bedingungen der Bezugsbeispiele und die Meßergeb.:;sse sind in der weiter unten folgenden Tabelle Il angegeben.
Aus den Ergebnissen der Beispiele und Vergleichsheispiele in der folgenden Tabelle I geht hervor, daß die vier Lösungsmittel 1,4-Dioxan. 1,3-Dioxolan, Dimethylformamid und 2-Methoxyäthylacetat als zweite Komponente des Lösungsmittelsystems wirksam sind. Insbesondere im Falle der Verwendung eines zusammengesetzten Lösungsmittels, das aus Aceton und 1,4-Dioxan oder Dimethylformamid besteht, ist es möglich, semipermeable Membranen mit einer ausgezeichneten Kapazität zu erhalten, welche die nach üblichen Verfahren erhaltenen Produkte nicht aufweisen. Aus einem Vergleich der in der folgenden Tabelle I angegebenen Ergebnisse mit den in der folgenden xabelle Il angegebenen Ergebnissen geht hervor, daß bei dem gleichen Salzentfernungsverhältnis die erfindungsgemäß hergestellte semipermeable Membran eine um etwa 30 bis 50% höhere Wasserpermeation ergibt als die nach den Bezugsbeispielon hergestellten semipermeablen Membranen.
Tabelle I
Lösungsmittelsystem Verdamp Wärme- Wasser SaIz-
fungszeit behand- permeation cntfern-jngs-
lungs- verhältnis
temperatur
(Sek.) (C) (m'/nr/Tar) (%)
Beispiel 1 Aceton (56.7 Teile) 15 60 0,75 92,9
2-Methoxyäthylacetat (10 Teile) 30 64 0,74 96,2
Beispiel 2 Aceton (46,7 Teile) 15 70 1,73 93,5
1,4-Dioxan (20 Teile) 30 72 1,47 9i,0
45 70 1,33 94,4
60 70 1,49 92,4
Beispiel 3 Aceton (56,7 Teile) 15 60 0,63 92,6
:.3-Dioxolan(l0Teile) 30 55 1,29 85,4
Fortsetzung
Lösungsmittelsystem
Verdamp Wärme- Wasser- SaIz-
fungszeit behand- permeation entfernungs
lungs- verhältnis
lemperatur
(Sek.) (C) (V/m2/Tag) (%)
15 80 1,23 95,0
30 80 0,90 97,3
60 75 1,33 94,1
30 70 0,08 -
60 70 0,11 -
120 65 0.02 -
30 ·) 0,00 -
60 *) 0,02 -
120 *) 0,03 -
600 ♦) 0,01 -
60 *) 0,56 37,8
20 *) 0,86 37,0
10 60 0,41 85,8
15 ·) 0,00 -
60 *) 0,01 -
120 ·) 0,43 96,2
80 *) 0,00 -
60 ·) 0,22 -
600 ·) 0,09 -
30 ·) 0,67 54,7
60 ·) 0,39 43,3
6öö *) ö,00 -
300 ·) 0,14 -
30 *) 0,26 -
60 ·) 0,28 38,1
180 *) 0,40 17,7
die Lösung gelierte
Beispie! 4
Aceton (56,7 Teile) Dimethylformamid (10 Teile)
Vergleichsbeispiel 1 Aceton (46,7 Teile)
Methyläthylketon (20 Teile)
Vergleichsbeispiel 2 Aceton (46,7 Teile)
Cyclohexanon (20 Teile)
Vergleichsbeispiel 3 Aceton (46,7 Teile) Essigsäure (20 Teile)
Vergleichsbeispiel 4 Aceton (46,7 Teile) Äthylacetat (20 Teile)
Vergleichsbeispiel 5 Aceton (46,7 Teile)
Dimethylsulfoxyd (20 Teile)
Vergleichsbeispiel 6 Aceton (46,7 Teile) Pyridin (20 Teile)
Vergleichsbeispiel 7 Aceton (46,7 Teile)
Cyclohexanol (20 Teile)
Vergleichsbeispiel 8 Aceton (46,7 Teile) Äthanol (20 Teile)
*) Es wurde keine Wärmebehandlung durchgeführt.
- Es war keine Messung möglich, da die Menge des durchgedrungenen Wassers zu gering war.
Diese Symbole haben in den folgenden Tabellen die gleichen Bedeutungen.
Tabelle II
Bezugsbeispiel 1 Bezugsbeispiel 2
Celluloseacetat
Lösungsmittel
Quellmittel
Verdampfungszeit
(Sek.)
Wärmebehandlungstemperatur (Q
Wasserpermeation
(mVnr/Tag)
22,2 Teile
Aceton (66,7 Teile)
10%ige wäßrige Magnesium-
perchloratlösung (11,1 Teüe)
120
180
70
0,72 1,33
120
70
0,80
25,0 Teile
Aceton (45,0 Teile)
Formamid (30,0 Teile)
30 40 45 45 45
30 78 74 80 78 74
80 0,95 1,37 0,76 0,94 Ul
0,84
Fortsctzune Bezugsbeispiel 1 Bezugsbeispiel 2
Salzcntfcrnungsverhältnis (%)
Gießverformungs-( C)
94,0 88,3 90,5 -10 -10 -10 84,5 97,6 93,9 90,2 -10 20 20 20
96,8 94,5 91,2 20
Vergleichsbeispiele 9—14
Unter den gleichen Bedingungen wie in den Beispielen I bis 4 wurden Membranen hergestellt, wobei diesmal jedoch anstelle der in den Beispielen 1 bis verwendeten zusammengesetzten Lösungsmittelsysteme verschiedene einzelne Lösungsmittel verwendet wurden. Die Ergebnisse der Tests der dabei erhaltenen Membranen sind in der folgenden Tabelle ill angege-
Tabelle IH
ben. Aus dieser Tabelle III ist zu ersehen, daß in Aceton als alleiniges Lösungsmittel enthaltenden Lösungen die Salzentfernungskapazität auch dann nicht verbessert werden kann, wenn die Verdampfungszeit extrem verkürzt wird. Außerdem liefert die Gießverformung bei Umgebungstemperatur auch dann keine semipermeable Membran mit einer guten Kapazität, wenn ein Lösungsmittel mit einer niedrigeren Flüchtigkeit als
Aceton ais alleiniges Lösui'igsrniüc! verwendet wird. Lösungsmittel
Verdampfungszeit
(Sek.)
Wärmebehand- lungstemperatur
CO
Wasserperm cation
SaIz-
entfemungs-
verhältnis
(m3/m2/Tag)
Vrgleichsbeispiel 9
Aceton (66,7 Teile)
Vergleichsbeispiel 10
Vergleichsbeispiel 11
Vergleichsbeispiel 12
Vergleichsbeispiel 13
Vergleichsbeispiel 14
Methylethylketon (66,7 Teile)
2-Äthoxyäthylacetat (66,7 Teile)
1,4-Dioxan (66,7 Teile)
1,3-Dioxolan (66,7 Teile)
Dimethylformamid (66,7 Teile)
8
15
30
60
15
30
240
60
120
60
240
600
30
60
120
240
300
600
60 120 240 300 die Lösung
72 72 72 68 68 68
*) *) ♦) 78 78 76 76 65 65
0,12 0,14 0,14 0,17 0,22 0,27
0,09 0,07 0,11
0,00 0,00 0,00 1,03 0,86 0,45 0,21 0,54 0,01 0,02 0,01 0,79 0,32
89,7 84,4 85,7 65,2 94,5 90,2
58,2 86,5 73,4 82,7 86,2
61,0 63,2
gelierte
Beispiel 5
Unter den gleichen Bedingungen wie in den Beispielen 1 bis 4 wurden Membranen hergestellt unter Verwendung eines zusammengesetzten Lösungsmittelsystems aus Aceton und 1,4-Dioxan. wobei diesmal das Mischungsverhältnis wie in der folgenden Tabelle IV angegeben geändert wurde. Die Ergebnisse der Tests von in dieser Weise hergestellten Membranen sind ebenfalls in der folgenden Tabelle IV angegeben.
12
Aus den folgenden Ergebnissen ist zu ersehen, daß mit einem zusammengesetzten Lösungsmittelsystem, das aus einer Mischung von Aceton und 1,4-Dioxan bestand, in einem Mischungsverhältnis, das über einen breiten Bereich variierte, eine semipermeable Membran mit einer ausgezeichneten Kapazität erhalten wurde. obwohl bei Verwendung von Aceton oder 1,4-Dioxan als einzigem Lösungsmittel nur ein Produkt mit einer sehr schlechten Kapazität erhalten wurde. Dies zeigt, daß durch die Kombination von Aceton und 1,4-Dioxan ein unerwarteter synergistischer Effekt erzielt wird.
Tabelle IV des Beispiels 5 1,4-Dioxan Verdampfungs Wärme- Wasser- Salz
Ergebnisse Lösungsmittelsystem (Teile) zeit behandlungs- permeation en tfemungs-
0 temperatur verhältnis
Aceton 0 (Sek.) (C) (m3/m2/Tag) (%)
(Teile) 5 15 68 0,27 90,2
66,7 5 15 72 0,24 94,6
66,7 10 15 UO Λ ·?Ο
V1(U
95/
61,5 15 15 70 0,57 96,4
61,5 15 15 68 0,80 96,3
56,7 20 15 70 1,28 96,1
51,7 20 15 66 1,45 95.3
51,7 35 30 68 2,08 91,2
46,7 50 15 72 1,36 95,5
46,7 66,7 90 68 1,26 94,8
31,7 66,7 60 74 0,99 95,1
16,7 60 78 0,86 86,5
0 240 76 0,21 82,7
0
Beispiele 6—14 und Vergleichsbeispiele 15—20
Diese Beispiele erläutern den Effekt, der durch die in den Beispielen 1 bis 4 beschriebenen zusammengesetzten Lösungsmittelsysteme erzielbar ist bei Verwendung von verschiedenen Quellmitteln (Verdickungsmittel^ von denen bisher angenommen wurde, daß sie Gießverformungslösungen "Tgeben. die bei tiefen Temperaturen gießverformt werden müssen. In diesen Beispielen wurde als zusammengesetztes Lösungsmittel ein aus Aceton und 1,4-Dioxan bestehendes Lösungsmittel verwendet und es wurden die in der folgenden Tabelle V angegebenen verschiedenen Quellmittel verwendet. Die übrigen Bedingungen für die Herstellung der Membran und die Messung der Salzentfer nungskapazität waren die gleichen wie in den Beispielen 1 bis 4.
Die bei diesen Versuchen erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle V angegeben. In der folgenden Tabelle V ist die Verwendung von Aceton allein (Vergleichsbeispiele) der Verwendung der zusammengesetzten Lösungsmittelsysteme im Hinblick aui jedes der Quellmittel gegenübergestellL Wie aus den in der Tabelle V angegebenen Ergebnissen hervorgeht, ist der «5 durch die Verwendung des zusammengesetzten Lösungsmittelsystems erzielte Verbesserungseffekt klar erkennbar.
Tabelle V Zusammensetzung der Gießverformungs- Verdamp Wärme- Wasser- Salz
lösung (Teile) fungszeit behand- permeation en tfemungs-
lungs- verhaltnis
temperatur
(Sek.) (C) (ns3/m2/Tag) (%)
Celluloseacetat (22^) 30 *) 1,083 32,1
Vergleichs Aceton (66,7) 10 *) 0,88 51,5
beispiel 15 30%ige wäßrige Salpetersäurelösung 60 *) 0,42 43,3
(11,1)
Celluloseacetat (22,2) 15 65 1,93 81,8
Beispiel 6 Aceton (46,7) 15 70 1,42 87,8
1,4-Dioxan (20,0) 65 1,59 82,0
30%ige wäßrige Salpetersäurelösung 30 70 1,38 88,1
(11,1)
-ort setzung
13
14
Zusammensetzung der Gießverformungslösung (Teils)
Verdamp- Wärme- Wasser- SaIz-
fungszeit behänd- permeation entfernungs-
lungs- verhältnis
temperatur
(Sek.) (Χ) (m3/ir2/Tag) (%)
Vergleichsbeispiel 16
Beispiel 7
Vergleichibeispiel 17
Beispiel 8
Vergleichsbeispiel 18
Beispiel 9
Vergleichsbeispiel 19
Beispiel 10
Vergleichsbeispiel 20
Celluloseacetat (22,2) 10 *) 0,42
Aceton (66,7) 60 60 0,37
50%ige wäßrige Kaiiumjodidlösung 60 65 0,19
OU)
Celluloseacetat (22,2) 40 *) 2,53
Aceton (46,7)
1,4-Dioxan (20,0)
50%if;e wäßrige Kaiiumjodidlösung 40 60 1,45
/11 1\
V ',■/
Celluloseacetat (22,2) 30 65 0,57
Aceton (66,7) 60 ·) 1,35
Wasser (8,1) 60 60 0,77
Magnesiumperchlorat (1) 60 65 0,20
Zinkbromid (1)
Zinkchlorid (1)
Celluloseacetat (22,2) 30 65 2,08
Aceton (46,7) 30 75 1,16
1,4-Dioxan (20,0) 60 65 U4
Wasser (8,1) 60 70 1,14
Mg(CIO4), (1) 60 75 0,65
ZnBr2 (1)
ZnCl2 (1)
Celluloseacetat (23,8) 15 ·) 1,36
Aceton (59,5) 15 75 0,63
56%ige wäßrige Weinsäurelösung 30 65 0,78
(16,7) 30 75 0,48
Celluloseacetat (23,8) 15 70 U3
Aceton (49,5) 15 72 1,25
1,4-Dioxan (10,0) 15 76 0,79
56%ige wäßrige Weinsäurelösung 30 70 0,91
(16,7) 30 72 0,99
Celluloseacetat (19,6) 15 ·) 0,44
Aceton (58,8) 60 *) 0,34
27,4%ige wäßrige Essigsäurelösung 300 ') 0,34
(21,6)
Celluloseacetat (19,6) 60 65 1,03
Aceton (48,8) 60 60 1,19
1,4-Dioxan (10,0) 60 70 0,64
27,4%ige wäßrige Essigsäurelösung 90 65 0,87
(21,6) 90 60 1,32
Celluloseacetat (18,6) 15 65 0,27
Aceton (554) 15 58 0,33
57%ige wäßrige Butanollösung 45 ·) 1,53
(25,9) 45 60 0,38
57,2 60,3 40,1
49,0
88,1
92,0 66,3 91,9 86,0
89,3 96,7 92,5 95,8 95,9
43,0 92,1 86,6 92,1
96,5 97,6 96,6 96,6
50,4 76,0 92,4
92,7 86,1 95,0 93,4 85,0
94,2 91,3 36,1 83,8
Fortsetzung Beispiel 11 Beispiel 12 Beispiel 13 Beispiel 14
Zusammensetzung der Gießverformungs- Verdamp- Wärme- Wisser SaIz-
lösung (Teile) fungsz;it behand- - perm ca tion cntfemungs-
lungs· verhältnis
temperatur
(Set) CQ (m3/m2/Tag) (%)
Celluloseacetat (18,6) 15 70 1,37 95,2
Aceton (45,5) 15 73 Ul 95,6
1,4-Dioxan (10,0) 15 76 0,96 93,4
57%ige wäßrige t-ButanoIlosung 45 65 1V44 92,0
(25,9) 45 68 U4 95,7
- 45 70 IJOl 96,8
Celluloseacetat (11,1) 30 74 0,95 94,6
Aceton (5O5O) 60 72 1,08 94,1
1,4-Dioxan (23,6) 90 70 1,27 92,3
lOSige wäßrige Magnesiumperchlorat-
lösung (15,3)
Celluloseacetat (29,5) 60 66 U3 93,9
Aceton (43,0) 60 68 0,90 94,6
1,4-Dioxan (14,0) 90 66 1,02 92,0
lOSige wäßrige Magnesiumperchlorat- 120 66 1,14 91,3
lösuog (13,5)
Celluloseacetat (16,2) 15 72 1,07 94,5
Aceton (45,5) 45 67 U2 95,1
1,4-Dioxan (10,0) 45 68 1,09 94,9
66%ige wäßrige t-Butanollösung 90 65 1,14 92,7
(28,3)
und Vergleichsbeispiel 21
Es wurden verschiedene dieser Gießverformungslösungen, bestehend aus 22,2 Teilen Celluloseacetat als membranbildender Substanz, 11,1 Teilen einer 30%igen wäßrigen Salpetersäurelösung und den in der folgenden Tabelle Vl angegebenen verschiedenen Lösungsmittelsystemen, hergestellt und daraus wurden auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 1 bis 4 semipermeable Membranen hergestellt, deren Kapazität gemessen wurde. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der
daß sich die Verwendung der zusammengesetzten Lösungsmittelsysteme als sehr wirksam erwiesen hat. Insbesondere im Falle eines zusammengesetzten Lösungsmittelsystems aus Aceton und Dimethylformamid konnte unter optimalen Membranbedingungen eine Membran mit einer hohen Kapazität erhalten werden, die nach üblichen Verfahren hergestellte Produkte nicht aufweisen.
Tabelle Vl Lösungsmittel (Teile)
Verdamp Wärme- Wasser Salz-
fungszeit behand- perm cation entfemungs
lungs- Verhältnis
temperatur
(Sek.) (Q (m3/m2/Tag) (%)
30 ·) 1,08 32,1
30 60 0,41 38,3
10 ·) 0,88 51,5
10 55 0,52 81,0
10 60 0,42 88,6
60 *) 0,42 43,3
Vergleichsbeispiel 21 Aceton (66,7)
t7
Fortsetzung
Lösungsmittel (Teile)
Verdarapfungszeit
(Sek.)
WSnnebehandlungstetnperatur
fQ
Wasserpermeation
(mJ/m2/Tag)
SaIz-
entfemungs-
verhältnis
Beispiel 15 Beispiel 16
Aceton 0*6,7) 1,4-Dioxan (20)
Aceton (56,7) Dimethylformamid (10)
Beispiel 17 Aceton (56,7)
2-Methoxyäthylacetat (10)
Beispiel 18 Aceton (46,7)
U-Dioxolan (20)
Beispiele 19—20 und Vergleichsbeispiel 22
Es wurden GieSverformungslösungen hergestellt, die 19,6 Teile Celluloseacetat als membranbildende Substanz, 21,6 Teile einer 27,4%igen wäßrigen Essigsäurelösung als Quellmittel und 58,8 Teile der in der folgenden Tabelle VlI angegebenen verschiedenen Lösungsmittel- 15 15 15 30 30 30 30 30 45 45 15 15
15 15 30 30 20 45
65 70 75 65 70
70 73 76 70
70
73
60
55
60
65
50
1,93 1,42 1,02 1=59 1,38
1,55 1,09 0,75 1,42 0,91 2,15 Ul 1,07 U5 1,15 1,01
1,72
0,91
81,8 87,8 89,0 82,0 88,1
90,2 ~1,9 93,6 89,6
Ol 1
89,1 94,0
80,0 69,3 77,6 85,8 65,4 95,3
systeme enthielten und daraus wurden unter den gleichen Bedingungen wie in den Beispielen 1 bis Membranen hergestellt Dann wurde die Salzentfernungskapazität jeder Membran gemessen. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle Vl! zusammengestellt, aus der der Effekt des zusammengesetzten Lösungsmittels klar hervorgeht.
Lösungsmittel (Teile) Verdampfungs Wärme Wasser SaIz-
f..
Tabelle VII zeit behandlungs- perm ea tion entfemungs- i
temperatur verhältnis
(Sek.) (Q (m3/m2/Tag) (%) 1
Aceton (58,8) 15 *} 0,44 50,4 '■■'- i
60 *) 0,34 76,0 ?"'!
I
Vergleichsbeispiel 22 300 *) 0,34 92,4 id
Aceton (53,8) 30 70 1,48 87,8 1
I Beispiel 19 Dimethylformamid (5) 30 73 1,11 94,0 ■\
30 76 0,92 95,5 \'\
60 70 1,54 85,1
60 74 0,99 95,9 (-j
Aceton (48,8) 60 65 1,03 92,7 S
Beispiel 20 1,4-Dioxan (10) 60 60 1,19 86,1
60 70 0,64 95,0 M
90 65 0,87 93,4 ·■'·!
90 60 1,32 ■85.0 -■■"*]
iiJ
',Vi
Beispiele 21—23 und Vergleichsbeispiel 23
Unter den gleichen Bedingungen wie in den Beispielen 1 bis 4 wurden unter Verwandung von verschiedenen Lösungen, die 233 Teile Celluloseacetat als membranbildende Substanz, 16,7 Teile einer 56%igen wäßrigen Weinsäurelösung als Quellmittel und 59,5 Teile der in der folgenden Tabelle VIII angegebenen verschiedenen Lösungsmiitelsysteme enthielten.
Membranen hergestellt und ihre Salzentfernungskapazität wurde gemessen.
Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle VIII zusammengestellt, aus der der Verbesserungseffekt des zusammengesetzten Lösungsmittelsystems ersichtlich ist Insbesondere bei Verwendung eines zusammengesetzten Lösungsmittelsystems aus Aceton und 1,4-Oioxan erhielt man eine semipermeable Membran mit einer hohen Kapazität, die nach üblich ^n Verfahren nicht erzielt werden kann.
Tabelle VIII
Verdampiungs- Wärme- Wasser- Salz
zeit behandlungs- perm cation en tfemungs-
temperatur verhältnis
(Sek.) CQ (m3/m2/Tag) (%)

IU
*\
j
1,36 43,0
10 75 0,63 92,1
30 ·) 2,30 38,7
30 65 0,78 86.6
30 75 0,48 92,1
20 65 0,91 88,7
20 75 0,52 87,4
60 ·) 1,02 65,7
60 65 0,09 77,2
15 70 1,33 95,4
15 72 1,25 96,5
15 76 0,79 97,6
30 70 0,91 96,6
30 72 0,99 96,6
30 60 13 90,9
30 65 1,00 95,1
60 50 1,48 86,1
60 60 0,87 95,1
30 87 1,11 88,3
30 82 0,75 95,7
30 84 0,65 96,3
Vergieichsbeispici 23 Aceton (59,5)
Beispiel 21 Beispiel 22 Beispiel 23
Aceton (49,5) 1,4-Dioxan (10)
Aceton (49,5) 1,3-Dioxolan (10)
Aceton (54,5)
Dimethylformamid (5)
Beispiel 24
Eine 22,2 Teile Celluloseacetat als membranbildende Substanz, ein zusammengesetztes Lösungsmittel aus 41,7 Teilen Aceton und 25 Teilen 1,4-Dioxan und 11,1 Teile einer 10%igen wäßrigen Magnesiumperchloratlösung als Quellmittel enthaltende Gießverformungslösung wurde unter den gleichen Bedingungen wie in den Beispielen 1 bis 4 zu einer Membran verarbeitet, wobei als Gießverformungstemperaturen die Umgebungstemperaturen 100C, 20°C und 35°C angewendet wurden: danach wurde die Salzentfernungskapazität der daraus hergestellten Membran gemessen.
Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IX zusammengefaßt, aus der hervorgeht, daß das erfindungsgemäße Membranherstellungsverfahren bei Umgebungstemperaturen innerhalb eines breiten Bereiches durchgeführt werden kann.
Tabelle IX Ergebnisse des Beispiels 24
.Si
Gieß-
Ver- Wärme- Wasser- Salz
verfor- damp- behand- permeation en tfemungs-
mungs- fungs- lungs- verhältnis
temp. zeit temp.
60 (C) (Sek.) (Q (m3/m2/Tag) (V.)
50 50 70 70 90 90
80 84 80 84 80 84
1,41 0,84 1,75 0,91 1,17 0,69
92,6 96,4 87,2 87,1 95,1 97.3
Ver- 2t Wasser- 22 36 982 22 I Wasser- SaIz-
damp- permeation permea- entfemungs-
fiings- Wärme- Tabelle X Ver- tion verhältnis
zeit behand- Salz Zusammensetzung damp-
Ortsetzung (Sek.) lungs- (m3/nr/Tag) entfernungs der Gießverformungs- fungs- (m3/m2/ (%)
KeB- temp. verhältnis 5 lösuhg zeit Tag)
erfor- £0 CQ 108 (Sek.)
iuags- 60 0,98 (%) (Teile)
smp. 60 70 0,75 0,01
Q 60 74 0,78 964 0,02
60 76 1,07 97,4 l0 15 0,01
?0 60 87 1,04 97,8 Celluloseacetat (25) 30 0,01
20 60 72 0,79 98,2 Aceton (45) 45 0,0
20 10 74 1,02 97,1 1,4-Dioxan (30) 60 0,0
20 10 78 0,78 96,4 15 0,01
20 20 75 1,08 97,3 15 Celluloseacetat (25) 30 0,0
20 20
40
78 0,77
0,76
97,4 Aceton (55) 45 keine WcTnebehandlung durch- ■
20 40 75 1,07 98,0 1,4-Dioxän (20) 60
35 78
75
97,1
35 72 98,3 20
97,9
Bei jedem Versuch wurde
35 94,5 geführt.
35
35
35
Vergleichsbeispiel 24
Unter den gleichen Bedingungen wie in den Beispielen 1 bis 4 wurde eine aus Celluloseacetat als membranbildender Substanz, Aceton als Lösungsmittel und 1,4-Dioxan als Quellmittel bestehende Lösung zu einer Membran gießverformt und es wurde deren Salzentfernungskapazität gemessen.
Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle X zusammengestellt, aus der hervorgeht, daß im Falle der alleinigen Verwendung von 1,4-Dioxan als Quellmittel die Wasserpermeation in jeder Probe ohne Wärmebehandlung extrem schlecht war und das 1.4-Dioxan überhaupt keine quellende Wirkung aufwies.
gedrungenen Wassers zu gering war.
Viie aus den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen hervorgeht, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber den üblichen Verfahren überraschende und ausgezeichnete Effekte erzielt werden.
Die Erfindung wurde zwar vorstehend an Hand spezifischer Ausführungsbeispiele näher erläutert, es ist jedoch klar, daß sie darauf nicht beschränkt ist, sondern daß diese in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von semipermeablen Membranen bei Umgebungstemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß man einen dünnen Film einer Gießverformungslösung, die besteht aus
    A) 11 bis 30 Gew.-% Celluloseacetat,
    B) 11 bis 29 Gew.-% einer wäßrigen Lösung eines Quellmittels aus der Gruppe Magnesiumperchlorat. Weinsäure, Salpetersäure, Kaliumiodid, Essigsäure, t-Butanol und Mischungen von Magnesiumperchlorat, Zinkbromid und Zinkchiorid.
    C) 5 bis 63 Gew.-°'o Aceton.
    D) 5 bis 61 Gew.-% einer Verbindung aus der Gruppe 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxolan, Dimethylformamid und 2-Methoxyätriyiacetat. und gegebenenfalls
    E) weiteren üblichen Zusätzen,
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