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Fasermembran für umgekehrte Osmose
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß der Erfindung lassen sich zusammengesetzte Membranen herstellen,
die Drucke von mehr als 21 at aushalten.
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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.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Verfahrens
zur Herstellung einer auf der Innenseite überzogenen, zusammengesetzten Membran
zur umgekehrten Osmose.
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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.
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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.
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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.
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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 ).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ziffer 22).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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Bei der Bestimmung der Druckfestigkeit der Fasern wurden Druckfestigkeiten
über 28 at festgestellt.
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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.
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Die Fasern werden dann auf 100 bis 1200C 15 bis 16 Minuten lang erhitzt,
um die Grenzflächenmembran zu härten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im folgenden werden einige Beispiele angegeben, die zur weiteren Erläuterung
der Erfindung dienen.
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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.
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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.
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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.
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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%.
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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.
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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.
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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.
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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%.
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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.
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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%.
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Bei allen oben angegebenen Beispielen wurden die verschiedenen Lösungen
bei Zimmertemperatur angewendet.
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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.
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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.
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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.
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Die salzabweisenden Membranen auf den Innenflächen der Fasern wurden
unter Verwendung des in Beispiel 4 beschriebenen Verfahrens erzeugt.
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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%.
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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.