DE3018667A1 - Fasermembran fuer umgekehrte osmose - Google Patents

Fasermembran fuer umgekehrte osmose

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    • B01D69/08Hollow fibre membranes

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Description

  • Fasermembran für umgekehrte Osmose
  • Die Erfindung bezieht sich auf Membranen für umgekehrte Osmose, im besonderen auf solche Membranen, die beim Verfahren der Entsalzung v on Brackwasser Verwendung finden können.
  • Umgekehrte Osmose ist ein bekanntes Verfahren zur Entfernung verschiedener gelöster Salze aus Wasser. Bei diesem Verfahren wird ein Druck, der den osmotischen Druck der Ausgangslösung übersteigt, auf die salzhaltige, wäßrige Ausgangslösung ausgeübt, die von dem gereinigten Wasser durch eine semipermeable Membran getrennt ist. Als Ergebnis diffundiert praktisch salzfreies Wasser durch die Membran, während die Salzmoleküle durch die Membran zurückgehalten werden und in der salzhaltigen Ausgangslösung verbleiben.
  • Obwohl umgekehrte Osmose als Verfahren zum Entsalzen von Wasser bekannt ist, haben bestimmte Nachteile, die bei der praktischen Durchführung des Verfahrens unter Verwendung von bisher bekannten Einrichtungen und Materialien auftreten, dazu geführt, die Aufnahme dieses Verfahrens zu begrenzen. Wenn bei der praktischen Durchführung der umgekehrten Osmose eine blattförmige Membran verwendet wird, um die Stammlösung von dem gereinigten Wasser zu trennen, begrenzt die Gestalt der blattförmigen Membran in der Praxis in starkem Maße die Größe der Membranoberfläche, die zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung steht.
  • Es ist bekannt, eine Membran aus einem Bündel hohler Fasern herzustellen, wodurch eine wesentliche Wirkung hinsichtlich einer Vergrößerung der Membranoberfläche erreicht wird. Indessen ist die Verwendung hohler Fasern bei dem umgekehrten Osmoseverfahren zur Entsalzung von Wasser aus einer Anzahl von Gründen nicht vollständig erfolgreich.
  • Ein Bündel hohler Fasern wird für gewöhnlich bei der umgekehrten osmotischen Entsalzung derart angewendet, daß die Hülle oder Außenseite der Fasern gegen die Stamm- oder Salzlösung gerichtet ist. Dies ist deswegen geschehen, weil eine hohle Faser, die unterschiedlichen Flüssigkeitsdrucken auf gegenüberliegenden Seiten der Faserwand ausgesetzt ist, besser in der Lage ist, ohne zu reißen Druckunterschieden zu widerstehen, wenn der erhöhte Druck auf die Außenseite der Fasern ausgeübt wird, wodurch radial nach innen gerichtete Kräfte entstehen, als wenn auf der Innenseite der Fasern radial nach außen gerichtete Kräfte angreifen.
  • Indessen treten durch die Konzentrationpolarisation und die Verschmutzung ernste Probleme in solchen Systemen auf, bei denen Zuspeisung auf der Außenseite erfolgt. Das normale Brackwasser enthält zusätzlich zum gelösten Salz suspendierte Festteilchen, und so bilden sich bei Systemen, bei denen die Zuführung von außen erfolgt und eine verhältnismäßig geringe Strömungsgeschwindigkeit der Stammlösung vorliegt, stagnierende Flächen oder tote Zonen innerhalb des Faserbündels; in diesen Regionen sammelt sich derartiges Material auf der Membranoberfläche und vermindert ihre Wirksamkeit. Dabei zeigt die Salzkonzentration zusätzlich das Bestreben, sich in diesen stagnierenden Gebieten zu erhöhen, was eine Polarisation und damit verbunden eine weitere Herabsetzung der Wirksamkeit mit sich bringt.
  • Es ist bereits der Vorschlag gemacht worden, Rohre in einem Membransystem zu verwenden, wobei die Ausgangslösung durch die Hohlräume oder die Bohrungen der Rohre hindurchgepumpt wird. So haben beispielsweise Baum und Mitarbeiter die Herstellung mikroporöser Polyvinylchloridrohre als Träger für eine Membran zur umgekehrten Osmose vorgeschlagen. Die Rohre werden durch Schmelzspinnen einer Mischung von Polyvinylchlorid und auf Mikronengröße zerkleinertem Natriumchlorid hergestellt. Nach dem Abkühlen wird das Natriumchlorid von der Trägersubstanz ausgelaugt, um Poren darin zu bilden. Derartige Rohre zeigen eine erhöhte Druckfestigkeit und sind gute Träger für Celluloseacetatmembranen, die nach dem Verfahren von Loeb-Sourirajan hergestellt sind. Eine so hergestellte Celluloseacetatmembran ist jedoch durch eine geringe Strömungsgeschwindigkeit gekennzeichnet, wobei die Abweisung des Saç zes zu wünschen übrig#läßt. Außerdem sind solche Röhrchen teuer.
  • Allgemein gesprochen ist es Ziel der Erfindung, eine verbesserte zusammengesetzte Membran für die umgekehrte Osmose in Form hohler Fasern zu schaffen, die auf der Innenseite mit einer Salzes abweisenden Membran überzogen sind, wodurch sich das Lumen der Fasern bestimmt. Die Fasern besitzen eine entsprechende Festigkeit, so daß sie internem Druck zu widerstehen vermögen, der für erfolgreiche Anwendungen bei der umgekehrten Osmose erforderlich ist, wobei die Ausgangslösungdem Lumen der Fasern zugeleitet wird.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer zusammengesetzten Membran für umgekehrte Osmose in der Form hohler Fasern, die einen Träger innerhalb der Membran vorsieht, wobei die Innenfläche der Fasern, die das freie Lumen bildet, mit einer Grenzflächenmembran zur Zurückweisung des Salzes unter Bildung eines Verbundkörpers überzogen ist.
  • Gemäß der Erfindung lassen sich zusammengesetzte Membranen herstellen, die Drucke von mehr als 21 at aushalten.
  • Eine Grenzflächenmembran, d.h. eine Membran, die durch Grenzflächenpolarisation auf der Innenseite der Fasern hergestellt ist, läßt sich in eine zusammengesetzte Membran einfügen, die eine ausgezeichnete Fähigkeit zur Salzabweisung bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten aufweist.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Verfahrens zur Herstellung einer auf der Innenseite überzogenen, zusammengesetzten Membran zur umgekehrten Osmose.
  • Diese und andere Ziele und Vorteile werden durch die Erfindung erreicht, die im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben wird. In diesen zeigen Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zum Spinnen hohler Fasern, wie sie bei der Herstellung zusammengesetzter Fasermembranen gemäß der Erfindung verwendet werden kann, Fig. 2 erläutert schematisch eine Spinndüse mit einem Innenrohr in der Öffnung für die Vorrichtung nach Fig. 1, mit deren Hilfe anfänglich die Fasern gebildet werden, Fig, 3 zeigt ein elektronenmikroskopisches, photographisches Bild eines Faserquerschnitts bei iOOfacher Vergrößerung, das die Gegenwart von Mikrohohlräumen in der Faser in einem Gebiet erkennen läßt, das das Faserlumen umgibt.
  • Fig. 4 ist ein elektronenmikroskopisches, photographisches Bild bei 50facher Vergrößerung eines Faserquerschnitts, bei dem die Faserwand im wesentlichen keine derartigen Hohlräume in dem das Faserlumen umgebenden Gebiet aufweist.
  • Die zusammengesetzte Fasermembran gemäß vorliegender Erfindung läßt sich in einfacher Weise durch Maßnahmen zur Herstellung einer hohlen Trägerfaser erzeugen, wobei man eine Vorrichtung zum Spinnen hohler Fasern benutzt. Dann wird eine Grenzflächenmembran auf der Innenseite der Faser, die das Lumen bildet, erzeugt, und zwar durch Grenzflächenpolymerisation auf der Innenfläche.
  • Die hergestellte Trägerfaser soll eine glatte Innenfläche aufweisen, da dies für die Herstellung einer guten Grenzflächenmembran zur Zurückweisung des Salzes auf der Innenfläche günstig ist. Allgemein gesprochen soll die Innenfläche der Fasern eine Abweichung nach oben und unten von nicht mehr als 30 Mikron aufweisen. Die Wand der Hohlfaser soll genügend porös sein, so daß sie keinen uneinnehmbaren Widerstand gegen die Wasserströmung durch die Faserwand ausübt. Die Porosität der Faserwand ist von so geringer Größe, daß sie auf einer elektronenmikroskopischen Photographie der Wand bei lOOfacher Vergrößerung nicht deutlich zu erkennen ist. Die Porosität der Wand wird durch Messung des Wasserdurchtritts durch sie bestimmt. Allgemein gesprochen beträgt die Wasserdurchlässigkeit der nichtüberzogenen Faser, wie sie in der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen wird, minder destens 5 Gallonen pro Quadratfuß der Ausgangslösung ausgesetzten Fläche pro Tag bei einem Druck von 14 at (204 1 pro m ).
  • Vorzugsweise soll die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers 25 Gallonen pro Quadratfuß bei einem Druck von 2O##pro po Quadrat- 2 zoll (1020 1 pro m bei 14 at Druck) übersteigen.
  • Die in Betracht gezogene Trägerfaser soll erheblichen inneren Drucken ohne zu bersten oder zu reißen widerstehen. Allgemein gesprochen widerstehen die gemäß der Erfindung hergestellten Fasern Berstdrucken von mindestens 21 at, wobei es möglich wird, daß die Faser sicher bei den üblichen Drucken von 14 at benutzt werden kann.
  • Die in Betracht gezogene Trägerfaser besitzt einen Innendurchmesser von 125 bis 1250 Mikron, vorzugsweise einen Innendurchmesser, der 500 Mikron übersteigt. Fasern mit Innendurchmessern unter 125 Mikron erfordern einen erheblichen Druck, um die Ausgangslösung durch das Faserinnere zirkulieren zu lassen. Je größer der Durchmesser der Fasern ist, umso größer ist die Oberfläche innerhalb der Faser zum Aufbringen einer salzabweisenden Membran. Die Wand der Trägerfaser hat gewöhnlich eine Dicke in der Größenordnung von 70 bis 400 Mikron.
  • Eine Trägerfaser, die zur Herstellung von zusammengesetzten Fasermembranen gemäß der Erfindung brauchbar ist, wird zweckmäßig durch Lösungsmittel spinnen unter Verwendung einer Öffnung mit einem Innenrohr hergestellt. Eine so hergestellte Faser wird mitunter als hohlgesponnene Faser bezeichnet. Eine Faserspinnvorrichtung, wie sie bei einem solchen Verfahren verwendet werden kann, wird schematisch in Fig. 1 dargestellt, und in Fig. 2 ist in größerem Maßstabe und in auseinandergezogener Anordnung eine Spinndüse dargestellt, die Teil der in Fig. 1 gezeigten Apparatur ist.
  • In Fig. 1 ist die Anordnung für die Spinn- oder Schmelzlösung auf der linken Seite der Figur ersichtlich und generell mit der Ziffer 10 bezeichnet. Die Anordnung weist einen Vorratsbehälter 14 zum Aufbewahren der Spinn- oder Schmelzlösung auf, wobei es sich um eine Lösung des Materials handelt, das die Wandung der hergestellten Faser bildet, Ziffer 16 bezeichnet einen Druckkessel für unter Druck stehendes Stickstoffgas, das die Spinnlösung in die Spinndüse drückt, wobei ein Druckregulator 17, eine Meßpumpe 18 und ein Filter 19 vorgesehen sind. Die Spinn- oder Schmelzlösung wird seitlich in die Spinndüse eingeleitet (vergl.
  • Ziffer 22).
  • Die Strömungsanordnung zur Bildung des Lumens oder der Bohrung ist auf der rechten Seite der Fig. 1 ersichtlich und generell mit Ziffer 26 bezeichnet. Sie weist einen Behälter 28 zur Aufbewahrung des Strömungsmittels, einen Stickstoffkessel 30, mit dessen Hilfe das Strömungsmittel in den Oberteil der Spinndüse eingepreßt wird, und einen Druckregulator 32 auf.
  • Aus Fig. 2, in der die maßgebenden Teile der Spinndüse in auseinandergezogener Darstellung gezeichnet sind, ist ersichtlich, daß das den Hohlraum bildende Strömungsmittel, das aus Wasser bestehen kann, durch eine Armatur 38, die unten in einer hohlen Nadelspitze 40 endet, in die Spinndüse eintritt. Beim Zusammenbau der Spinndüse befindet sich die Spitze der Hohlnadel im wesentlichen an der mit punktierten Linien bezeichneten Stelle 40A innerhalb der Spinnöffnung 42. Die Nadelspitze ist in dieser Öffnung zentriert und besitzt einen Außendurchmesser, der geringer ist als der Innendurchmesser der Öffnung, so daß ein ringförmiger Durchtritt zwischen der Außenseite der Nadelspitze und der Öffnung vorhanden ist. Die Spinn- oder Gießlösung wird durch eine Bohrung 44 in die Spinndüse eingeleitet. Aus dieser Beschreibung dürfte offensichtlich sein, daß beim Arbeiten der Spinndüse ein ringförmiger Vorhang der Spinn- oder Gießlösung aus dem Unterteil der Spinndüse heraustritt, wobei Wasser oder ein den Innenraum bildendes Strömungsmittel in das Innere des ringförmigen Vorhangs eingeleitet wird.
  • Das den Hohlraum bildende Strömungsmittel bewirkt eine beschleunigte Fällung des Polymeren in der Spinnlösung, wobei es sich verfestigt und so die Wandung der entstehenden Faser bildet.
  • Luft und anschließend Wasser sorgt auf der Außenseite der Faser für eine Ausfällung des Materials. Die die Spinndüse verlassende gebildete Faser fällt durch einen Luftschlitz, der 0 bis 30 Zoll (0 bis 76 cm) betragen kann und wird unter Drehung in einem mit der Ziffer 50 in Fig. 1 bezeichneten Fällbad aufgefangen. Das Fällbad wird durch einen Motor 52 und einen Antrieb 54 in Drehung versetzt. Das Bad kann Wasser oder eine andere Lösung enthalten, die eine Fällung des Polymeren in der Spinnlösung und eine Verfestigung der Faserwandung von außen begünstigt.
  • Unter Verwendung der beschriebenen Spinnapparatur lassen sich hohle Fasern herstellen, die eine glatte Innenfläche aufweisen und Innen- und Außendurchmesser innerhalb des für die Herstellung zusammengesetzter Membranen gewünschten Bereichs besitzen.
  • Für die Herstellung der Wandung der hohlen Fasern ist Polysulfon ein hervorragend geeignetes Material. Das Material ist gegenüber Verbindungen, die zur Herstellung der Grenzflächenmembranen dienen, wie Hexan, Aminlösungen, Diacidchloride, Triacidchlorid, Diisocyanate und dergleichen chemisch resistent.
  • Bei Vorarbeiten werden unter Verwendung der oben dargestellten und beschriebenen Spinnvorrichtung Polysulfonträgerfasern hergestellt unter Verwendung einer Spinn- oder Gießlösung, wobei Polysulfonkonzentrationen in der Lösung innerhalb eines Gebiets von 18 bis 22 Gew.-% innegehalten werden. Dabei werden gewöhnliche Lösungsmittel für Polysulfon verwendet, wie Dimethylacetamid (DMAC), Dimethylfoimid (DMF) und Dimethylsulfoxyd (DMSO).
  • Bei der Bestimmung der Druckfestigkeit der Fasern wurden Druckfestigkeiten über 28 at festgestellt.
  • Die zusammengesetzten Membranen werden aus diesen Fasern hergestellt, indem auf die das Lumen bildende Innenfläche der Fasern eine Grenzflächenmembran aufgetragen wird. Im speziellen wird eine 2 bis 10 gew.-%ige wäßrige Lösung eines Aminvorpolymerisats aus Polyäthylenimin oder PEI auf das Innere der Fasern unter Ves wendung eines schwachen Vakuums aufgebracht. Nach 30 bis 90 Sekunden werden die Lösungen aus den Fasern wieder abgezogen. Eine zweite Lösung, die entweder ein reaktionsfähiges Diacidchlorid wie Isophthaloylchlorid oder IPC, oder Diisocyanat (Toloylendiisocyanat oder TDI) enthält, die in einem mit Wasser nicht wird mischbaren Lösungsmittel wie Hexan gelöst sind, in das Faserlumen eingespeist und nach 30 bis 90 Sekunden wieder abgezogen.
  • Die Fasern werden dann auf 100 bis 1200C 15 bis 16 Minuten lang erhitzt, um die Grenzflächenmembran zu härten.
  • Um die Salzabweisung der verschiedenen so hergestellten, zusammengesetzten Membranen festzustellen, wird eine 0,5 gew.-Xige Natriumchloridlösung verwendet. Die Lösung wird mit einem Druck von 14 at den Hohlräumen der Fasern zugeführt. Die Salzabweisung wird bestimmt als Unterschied der Salzkonzentration in der zugeführten und der erhaltenen Lösung, berechnet in Prozenten der Salzkonzentration in der Ausgangslösung.
  • Die so hergestellten, zusammengesetzten Fasermembranen besitzen zwar einen guten Berstwiderstand, sind aber durch eine verhältnismäßig geringe Salzabweisung gekennzeichnet. Die erzielte Salzabweisung übersteigt im allgemeinen nicht 20% und liegt in manchen Fällen sogar wesentlich niedriger. Der Grund für die geringe Salzabweisung war zunächst unverständlich, da flächige Polysulfonträger bei der Herstellung von zusammengesetSen Membranen durch Aufbringen einer Grenzflächenmembran auf eine Seite des Trägermaterials, sofern sie von dem gleichen Typ sind, wie oben unter Bezug auf die Fasermembran beschrieben, eine Salzabweisung ergeben, die routinemäßig 90% oder mehr beträgt. Es wurde daher ein Abtasi ektronenmikroskop verwendet, um Mikrophotographien der Querschnitte der zusammengesetzten Fasermembranen, die wie oben angegeben hergestellt waren, aufzunehmen. Diese zeigten eine typische Struktur, wie sie durch die in Fig. 3 dargestellte Mikrophotographie wiedergegeben wird. Wie sich bei Betrachtung der Figur, die eine lOOfache Vergrößerung zeigt, ergibt, befinden sich an der Peripherie und an dem inneren Lumen der Faser eine Mehrzahl von längeren, radial sich erstreckenden Hohlräumen. Bei einer Vergrößerung auf das lOOfache sind die Poren in der Faserwand, die ein Hindurchtreten des Wassers durch die Wand bei umgekehrter Osmose ermöglichen, nicht sichtbar.
  • Die sichtbaren Hohlräume haben Längen in der Größenordnung von etwa 5 bis etwa 100 Mikron oder mehr. Eine Mikrophotographie eines Querschnittes einer Membran aus einer flachen Polysulfonschicht zeigt die Gegenwart ähnlicher Hohlräume, die sich jedoch im letzteren Fall mehr zur Fläche und weniger in radialer Richtung infolge der geometrischen Gestalt der Schicht erstrecken.
  • Es wurde theoretisch angenommen, daß die Ausdehnung, die erfolgt, wenn Flüssigkeit unter Druck in das Lumen der hohlen Faser eingeleitet wird, eine Öffnung der in Fig. 3 dargestellten Faserhohlräume bewirken könnte, wenn diese inider Nähe der inneren, das Lumen bildenden Oberfläche der Faser sich befinden, so daß eine Streckung und ein Aufreißen der auf der Oberfläche befindlichen Grenzflächenmembran erfolgt, so daß die salzabweisende Membran durchlässig wird und damit die Abweisung sich vermindert.
  • Dies ist ein Phänomen, das nicht existiert, wenn man bei Verwendung der umgekehrten Osmose Membranen aus flachen Schichten verwendet. Unter dieser Voraussetzung wurden Verfahren entwickelt mit dem Ziel, die Gegenwart von Hohlräumen, die bei einer derartigen Vergrößerung sichtbar sind, in der das Faserlumen umgebenden Region auszuschalten. Zu diesem Zweck wurden Spinn- oder Gießlösungen entwickelt, die 25 bis 35 Gew.-% Polysulfon in der Lösung und außerdem porenbildende Chemikalien enthielten, um die Wasserdurchlässigkeit der erzeugten Fasern zu verbessern, und dies führte zur Ausschaltung dieser Hohlräume rings um das Faserlumen.
  • Beispiele solcher porenbildender Chemikalien sind Polyvinylpyrrolidon (PVP), 2-Methoxyäthanol (unter dem Warenzeichen Methylcellosolve von der Union Carbide Corporation im Handel) und 2-4-Diamino-6-phenyl-5-triazin (DPT)0 Die Verwendung geringer Mengen von PVP hat sich auch deswegen als vorteilhaft erwiesen, als sie der Spinnlösung ein erwünschtes Netzvermögen erteilt.
  • Die Mengen des porenbildenden Materials, das der Spinnlösung zugesetzt wird, liegen im Bereich von 50 bis 100 Gew.-% des in der Lösung vorhandenen Polysulfons. Eine typische Spinnlösung kann 25 bis 28 Gew.-% Polysulfon, 20 Gew.-% porenbildendes Chemikal und eine geringe Menge (1 Gew.-X oder weniger) DPT enthalten.
  • Wenn hohle Trägerfasern in der oben angegebenen Weise hergestellt werden, ergab sich bei den aufgenommenen -Mikrophotographien der Querschnittsfasern eine Konfiguration, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist die Faserwand in der Gegend der inneren, das Lumen bildenden Oberfläche der Faser im wesentlichen frei von Mikrohohlräumen.
  • Bei der Herstellung zusammengesetzter Fasermembranen, die frei von Mikrohohlräumen sind, ergab sich überraschenderweise eine ausgezeichnete Salzabweisung, die mehr als 90% betrug. Die Strömungsgeschwindigkeit von Wasser durch die Faserwände überstieg 205 1 pro m2 bei einem Druck von 14 at. Die Berstfestigkeit der Fasern überstieg 21 at.
  • Im folgenden werden einige Beispiele angegeben, die zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen.
  • Beispiel 1 Aus einer Gießlösung mit 25 Gew.-% Polysulfon (P-1700 der Union Carbide), 20 Gew.-% Methylcellosolve, 1 Gew.-% DPT und 54 Gew.-% eines Lösungsmittels für Polysulfon, nämlich DMAC, wurden Trägerfasern hergesiilt. Die bei der Herstellung der Fasern verwendete lumenbildende Lösung enthielt 80 Gew.-% DMAC und Wasser. Das verwendete Fällbad enthielt eine geringe Menge Triton X-100, nämlich weniger als 0,5 Gew.-X (ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel, das von der Firma Rohm & Haas verkauft wird) und Wasser.
  • Es wurden Fasern mit einem äußeren Durchmesser von 925 Mikron, einem inneren Durchmesser von 375 Mikron und einer minimalen Wanddicke von 200 Mikron hergestellt. Die Fasern zeigten in nichtüberzogenem Zustande vor Herstellung der salzabweisenden Membran ein Wasserdurchtrittsvermögen von 3260 1 bei einem Druck von 14 at und eine Berstfestigkeit von 31,5 at.
  • Die so hergestellten Fasern wiesen eine Grenzflächenmembran auf, die dadurch hergestellt war, daß innerhalb einer Minute 7,5 Gewk PEI in Wasser gelöst in das Faserlumen eingeleitet wurde. Dies wurde dann unter schwachem Luftdruck abgezogen. Eine zweite Lösung von 0,5 Gew.-% TDI in Hexan wurde in das Faserlumen eingeleitet und nach einer Verweilzeit von einer Minute unter Verwendung schwachen Luftdrucks wieder abgezogen. Die Fasern wurden dann bei 1000C in einem Ofen 15 Minuten lang gehärtet, wobei heiße Luft durch das Faserlumen hindurchgepreßt wurde.
  • Die so hergestellten, zusammengesetzten Fasermembranen wurden bei einer Reinigung durch umgekehrte Osmose einer Ausgangslösung verwendet, die 2500 Teile ppm Natriumchlorid enthielt. Diese wurde in das Innere der Fasern bei einem Druck von 28 at eingeleitet. Die Fasern zeigten einen Wasserdurchtritt von 1020 1 pro m und eine Salzabweisung von 89%.
  • Beispiel 2 Weitere Trägerfasern wurden unter Verwendung einer Gießlösung, einer lumenbildenden Lösung und eines Fällbades, wie in Beispiell angegeben, hergestellt. Die Fasern hatten einen Außendurchmesser von 1200 Mikron, einen Innendurchmesser von 475 Mikron und eine minimale Wanddicke von 350 Mikron.
  • Auf der Innenfläche der Fasern, die das Lumen bildet, wurde eine salzabweisende Grenzflächenmembran erzeugt, indem eine Lösung von 4 Gew.-% wäßrigem PEI eine Minute lang in die Fasern eingeleitet wurde, die dann unter schwachem Luftdruck abgezogen wurde.
  • Eine zweitelLösung von 0,5 Gew.-% PEi in Hexan wurde in das Faserlumen eingeleitet und nach 30 Sekunden Aufenthaltsdauer unterschwachem Luftdruck wieder abgezogen. Die Fasern wurden bei 100 0C in einem Ofen 15 Minuten lang mit Hilfe von Heißluft gehärtet, die durch das Faserlumen hindurchgepreßt wurde.
  • Bei der Prüfung des Materials in einem umgekehrten Osmoseverfahren unter Verwendung einer Ausgangslösung, die 2000 Teile ppm Magnesiumsulfat enthielt, zeigten die zusammengesetzten Fasermembranen bei einem Druck von 28 at einen Wasserdurchtritt von 244,5 1 und eine Salzabweisung von 98,5%. Bei der Prüfung mit einer Ausgangslösung, die 2500 ppm Natriumchlorid enthielt, zeigten die Fasermembranen bei dem gleichen Druck einen Wasserdurchtritt von 257 1 und einer Salzabweisung von 96%.
  • Beispiel 3 Die nach Beispiel 2 hergestellten Trägerfasern wurden mit einer salzabweisenden Membran versehen, die in der Weise hergestellt war, daß in die Fasern 10 Sekunden lang eine 12 vol.-%ige Lösung von Furfurylalkohol und 1 Vol-% Triton X-100 in Isopropanol eingeleitet wurde. Die überschüssige Lösung wurde aus den Fasern unter schwachem Luftdruck ausgetrieben. Eine zweite Lösung von 60 Vol.-% wäßriger Schwefelsäure wurde 30 Sekunden lang in die Fasern eingeleitet. Das Faserlumen wurde dann mit destilliertem Wasser etwa 30 Sekunden lang ausgespült. Durch unmittelbare Wiederholung des gleichen Verfahrens wurde ein zweiter Überzug aufgebracht. Die Fasern wurden in einem Ofen bei 1000C eine Stunde lang gehärtet, indem Heißluft durch das Faserlumen hindurchgepreßt wurde.
  • Die erhaltenen zusammengesetzten Fasermembranen wurde bei einem umgekehrten Osmoseverfahren bei 28 at Druck unter Verwendung einer Ausgangslösung benutzt, die 2500 Teile ppm Natriumchlorid enthielt. Es ergab sich ein Wasserdurchtritt von 49 1 und eine Salzabweisung von 92%.
  • Bei allen oben angegebenen Beispielen wurden die verschiedenen Lösungen bei Zimmertemperatur angewendet.
  • Beispiel 4 Aus einer Gießlösung, die 27 Gew.-% Polysulfon, 20 Gew.-% Methylcellusolve, 1 Gew.% DPT und 52 Gew.-% DMAC enthielt, wurden Trägerfasern hergestellt, Die lumenbildende Lösung enthielt 72 Vo#% DMAC und Wasser. Die Fasern wurden unter Verwendung von 500C-warmen Lösungen hergestellt. Sie besaßen einen Innendurchmesser von 275 Mikron, einen Außendurchmesser von 700 Mikron und eine Mindestwanddicke von 150 Mikron, Die nichtüberzogenen Fasern wiesen einen Wasserdurchtritt von 2975 1 bei einem Druck von 14 at auf und besaßen eine Berstfestigkeit von 66 at.
  • Auf der Innenfläche dieser Fasern wurde eine salzabweisende Membran erzeugt, indem in das Lumen der Fasern eine Minute lang eine 4gew.-Xige wäßrige Lösung von PEI eingeleitet wurde, die dann unter schwachem Luftdruck abgezogen wurde. Eine zweite Lösung von 0,5 Gew.-% TDI wurde 30 Sekunden lang in das Faserlumen eingeleitet und dann abgezogen. Die Fasern wurden dann bei 1000C während 15 Minuten mit Heißluft gehärtet, die durch das Faserlumen zirkulierte. Bei der Prüfung der zusammengesetzten Faser membranen bei einem umgekehrten Osmoseverfahren unter Verwendung einer Ausgangslösung, die 0,5X Natriumchlorid enthielt, wurde bei einem Druck von 28 at ein Wasserdurchtritt von 318 1 und eine Salzabweisung von 96,5% festgestellt.
  • Beispiel 5 Bei einem anderen Herstellungsverfahren wurden die Trägerfasern aus einer Gießlösung herstellt die 27 Gew.-% Polysulfon, 20 Gew.-% Methylcellusolve, 1 Gew.-% DPT, 0,25 Gew.-X PVP und 51,75 Gew.-% DMAC enthielt. Die lumenbildende Flüssigkeit enthielt 72 Vol.-% DMAC in Wasser. Die Fasern wurden unter Verwendung von 500C warmen Lösungen gesponnen. Sie besaßen einen Innendurchmesser von 312,5 Mikron, einen Außendurchmesser von 650 Mikron und eine Mindestwanddicke von 137,5 Mikron. Die Fasern, die auf ihrer Lumenoberfläche noch keine salzabweisende Membran aufwiesen, zeigten einen Wasserdurchtritt von 1875 1 bei einem Druck von 14 at und eine Berstfestigkeit von 47 at.
  • Die salzabweisenden Membranen auf den Innenflächen der Fasern wurden unter Verwendung des in Beispiel 4 beschriebenen Verfahrens erzeugt.
  • Die Fasern zeigten bei ihrer Verwendung in einem umgekehrten Osmoseverfahren unter Benutzung einer 0,5 gew.-%igen Natriumchloridausgangslösung bei 28 at einen Wasserdurchtritt von 587 1 und eine Salzabweisung von 98,2%.
  • Beispiel 6 Es wurden Trägerfasern nach Beispiel 5 hergestellt. Die salzabweisenden Membranen auf den inneren Faseroberflächen wurden ebenfalls unter Verwendung des Verfahrens nach Beispiel 5 erzeugt, wobei jedoch die Konzentration der PEI-Lösung auf 2 Gew.-X vermindert wurde. Die in einem umgekehrten Osmoseverfahren geprüften Fasern zeigten unter Verwendung einer 0,5 gew.-%igen Natriumchloridausgangslösung bei einem Druck von 28 at einen Wasserdurchtritt von 896 1 und eine Salzabweisung von 97,4 X.

Claims (4)

  1. PATE;NTANSPRÜCHE 1. Zusammengesetzte Membran für umgekehrte Osmose in Gestalt hohler Fasern, die längs ihrem Inneren eine ein Lumen bildende innere Oberfläche besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern, die als Träger der zusammengesetzten Membran dienen, einen Überzug aus einer salzabweisenden Grenzflächenmembran auf der Innenfläche aufweisen, wobei das Faserlumen einen Durchmesser in der Größenordnung von 125 bis 1250 Mikron aufweist und die Faserwand mikroporös ist, aber im wesentlichen keine bei lOOfacher Vergrößerung sichtbaren Hohlräume in der Gegend aufweist, die die Innenfläche umgibt.
  2. 2. Zusammengesetzte Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht überzogenen Fasern ein Wasserdurchtrittsvermögen von 204 1 oder mehr aufweisen.
  3. 3. Zusammengesetzte Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine Berstfestigkeit über 21 at besitzen.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung von zusammengesetzten Membranen für umgekehrte Osmose, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlfasern unter Verwendung einer Gießlösung aus Polysulfon hergestellt werden, das in einem organischen Lösungsmittel aus DMAC, DMF-oder DMSO gelöst ist, wobei die Konzentration des Polysulfons in der Größenordnung von 25 bis 35 Gew.-% liegt, während die Gießlösung weiterhin porenbildende Chemikalien enthält, die aus Polyvinylpyrrolidon, 2-Methoxyäthanol oder 2-4-Diamino-6-phenyl-5-triazin bestehen, und daß nach Herstellung der Hohlfasern eine salzabweisende Membran auf der das Faserlumen bildenden Innenfläche aufgebracht wird, indem man einen Film aus Polyäthylenimin auf dieser Fläche erzeugt und diesen Film mit einer Lösung von Diisocyanat in Berührung bringt.
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DE3018667C2 (de) 1994-06-16

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