DE4031120A1 - Verwendung von membranmikrofiltern zur behandlung von fluessigen und/oder gasfoermigen medien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Membranmi­ krofiltern zur Behandlung von flüssigen und/oder gasförmi­ gen Medien.

Teilchenförmige und faserartige Filterhilfsmittel oder Träger, beispielsweise Kieselgur, Aktivkohle, Cellulosefa­ sern, Ionenaustauscherharze, Kieselgele, Molekularsiebe, Glas- oder Keramikkörper, können zur Durchführung verschie­ dener Separationsmethoden eingesetzt werden, beispielsweise zum Dekantieren, zur Absetzklärung, zur Chromatographie, zur Adsorption, zum Ionenaustausch, zur Filtration oder zur CF-Filtration.

Die Wirkung dieser bekannten Filterhilfsmittel oder Träger geht in den meisten Fällen auf eine große innere Oberfläche, auf Kapillarkräfte und/oder auf funktionelle Gruppen zurück, wobei häufig auch die innere und äußere Struktur (Morphologie), wie im Falle von Kieselgur und Asbest, eine Rolle spielt. Die Temperatureigenschaften bzw. die Reaktivitär dieser Materialien wird in hohem Maße durch die Teilchengröße bestimmt, da sie entweder eine Funktion der spezifischen Oberfläche oder des diffusionskontrollier­ ten Stoffaustausches mit dem Porenraum (Innenraum) der Teilchen ist.

Die US-PS 44 44 663 offenbart eine flüssige Zusammen­ setzung zur Herstellung einer Membran, wobei die Zusammen­ setzung ein Reaktionsprodukt einer Kupferammoniumcellulose mit einem Ammonium- oder Alkalisalz eines Polymeren ent­ hält. Das Polymer enthält 10 bis 70 Äquivalentprozente einer Carboxylgruppe und weist ein Molekulargewicht des Zahlenmittels im Bereich von 500 bis 2 00 000 auf. Eine Mem­ bran wird erhalten durch Gießen der Zusammensetzung in Form eines Filmes, Eintauchen des so erhaltenen geformten Gegen­ standes zum Koagulieren und Regenerieren in eine verdünnte Schwefelsäurelösung und nachfolgendes Eintauchen des ge­ formten Gegenstandes in eine starke Alkalilösung zum Aus­ treiben des Ammonoium- oder Alkalimetallsalzes des Polymers daraus und zum Bilden von feinen Poren darin, die im wesentlichen dem Molekulargewicht des Salzes entsprechen.

Die DE-OS 29 06 702 beschreibt einen Filterhilfsstoff zum Entfernen von feinteiligen unlöslichen Stoffen aus Flüssigkeiten, wobei der Filterhilfsstoff aus einem fein­ teiligen expandierten Polymeren besteht, welches durch Zer­ kleinern eines Polymerschaums unter Eliminierung von im wesentlichen allen geschlossenen Zellen und Klassieren auf eine gewünschte durchschnittliche Teilchengröße erhalten worden ist.

Der Nachteil der bekannten Filterhilfsmittel liegt darin, daß sie, sofern sie natürlichen Ursprungs sind, einerseits nur begrenzt zur Verfügung stehen und anderer­ seits je nach Provenienz unterschiedliche Eigenschaften zeigen, während synthetisch hergestellte Materialien entwe­ der eine unzureichende chemische Beständigkeit und Tempera­ turbeständigkeit besitzen, kostenspielig in der Herstellung sind und/oder bezüglich ihrer gewünschten Wirkungen in aus­ reichendem Maße maßgeschneidert werden können. Auch lassen sich viele der bekannten Filterhilfsmittel oder Träger nur unter Schwierigkeiten entsorgen.

Die Erfindung hat sich dabei die Aufgabe gestellt, eine neue Möglichkeit zu schaffen, flüssige Medien in maß­ geschneiderter Weise zu behandeln, beispielsweise zur Ent­ fernung bestimmter darin gelöster oder suspendierter Sub­ stanzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung von Membranmikrofilterteilchen gemäß dem kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß bei Verwendung von Membranmikrofiltern in zerkleinerter Form als Filterhilfsstoffe oder Träger gegenüber dem Einsatz be­ kannter Filterhilfsstoffe oder Träger insofern erhebliche Vorteile erzielt werden, als Membranmikrofilter bezüglich ihrer zu erfüllenden Funktionen maßgeschneidert werden kön­ nen, insbesondere hinsichtlich des chemischen Grundmateri­ als, aus dem sie bestehen, der Porosität, der inneren und äußeren Oberfläche, der Porengröße bzw. des Cut Off, der Symmetrie, der Art und Anzahl der funktionellen Gruppen, der spezifischen und unspezifischen Adsorption, der Hydro­ philie bzw. Hydrophobie, der thermischen Beständigkeit, des Quell- und Schrumpfungsverhaltens, der chemischen Bestän­ digkeit, der Sterilisierbarkeit, der Regenerierbarkeit, der spezifischen Kopplung von Hilfsmedien sowie der Entsorgung.

Die erfindungsgemäß verwendeten Membranmikrofilter werden durch Zerkleinern von Verschnittware hergestellt, die bei der Membranmikrofilterherstellung anfällt. Membran­ mikrofilter und ihre Herstellung sind bekannt. Sie können aus natürlichen oder künstlichen Polymeren bestehen, wobei es sich um symmetrische bis asymmetrische Mikrofilter mit Porengrößen von 0,01 bis 20 µm handeln kann.

Die Zerkleinerung dieser Membranmikrofilter kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch Schneiden in Schnitzelwerken oder im Reißwolf bzw. ähnlichen han­ delsüblichen Geräten. Durch die Zerkleinerung werden je nach dem gewünschten Anwendungszweck quader- bzw. kubusför­ mige Gebilde, kugelförmige Gebilde, unregelmäßige Schnit­ zel, Fasern oder faserartige Gebilde, wie Wolle, herge­ stellt. Die Abmessungen der Gebilde, Teilchen, Schnitzel, Fasern oder faserartigen Gebilde richtet sich nach der je­ weiligen Anwendung. Durch die gewählte Größe und Gestalt werden die frei zugängliche Oberfläche und die Handhabbar­ keit entscheidend beeinflußt. Bei der Erzeugung aus Bahn­ material sind die erzeugten Teilchen bzw. Gebilde in der Regel nicht kleiner als ein Kubus mit der Kantenlänge der Dicke des Bahnmaterials (Dicke ca. 100 µm). Bei faserarti­ gen Gebilden kann auch so verfahren werden, daß ein Teil der Membranmikrofilterbahn nicht zerfasert wird und die ge­ bildeten Fasern fest an diesen Bahnrest gebunden bleiben. Der feste Bahnrest erleichert das Handling und die Entsor­ gung.

Zur Herstellung von Gebilden, bzw. Teilchen, Schnit­ zeln, Fasern oder faserartigen Gebilden mit gleicher Wirk­ samkeit kann jedoch auch normale bei der Membranmikrofil­ terherstellung anfallende Ware verwendet werden.

Erfindungsgemäß verwendete Membranmikrofilterteilchen bzw. -gebilde können auch in der Weise hergestellt werden, daß übliche Membranmikrofilterherstellungsmethoden in der Weise modifiziert werden, daß keine Bahnbildung erfolgt, sondern nur Teilchen gebildet werden, welche gleiche oder ähnliche Porenstrukturen wie die Membranmikrofilterbahnen besitzen. In zweckmäßiger Weise werden dabei Verdunstungs- oder Fällbadverfahren angewendet, wobei zur Erzeugung der Teilchen in der Weise verfahren wird, daß die Gießlösung (Polymerlösung) in fein verteilter Form in ein Fällmittel eingebracht, gewaschen, abfiltriert, getrocknet und gegebe­ nenfalls gesiebt wird bzw. in fein verteilter Form ver­ sprüht und getrocknet bzw. gefriergetrocknet wird.

Die erfindungsgemäß verwendeten maßgeschneiderten Mem­ branmikrofilterteilchen bzw. -gebilde können als Trenn-, Füll- und Trägermaterial wirken, indem sie mit bestimmten Komponenten der sie umgebenden flüssigen und/oder gasförmi­ gen Phase in Wechselwirkung treten (beispielsweise spezifi­ sche oder nichtspezifische Adsorption, Ionenaustausch, Quellung, Diffusion, spezifische Bindung, chemische Reak­ tion etc.) und diese abtrennen oder verändern.

Vorzugsweise werden die zu behandelnden flüssigen und/oder gasförmigen Medien durch Behälter geleitet, in welchen sich die erfindungsgemäß eingesetzten zerkleinerten Mem­ branmikrofiltermaterialien, insbesondere -teilchen, befin­ den. Als derartige Behälter kommen auch Säulen und freie Volumina bzw. Zwischenräume in Filtermodulen, Filterkerzen bzw. Filterpatronen in Frage.

Es ist jedoch auch möglich, die erfindungsgemäß einge­ setzten zerkleinerten Membranmikrofiltermaterialien in Fließ- oder Wirbelbettverfahren zur Behandlung von flüssi­ gen Medien einzusetzen.

Ferner ist es möglich, aus den erfindungsgemäß einge­ setzten zerkleinerten Membranmikrofiltermaterialien gegebe­ nenfalls unter Zusatz von Bindemitteln Formkörper herzu­ stellen die dann zur Behandlung von flüssigen Medien ver­ wendet werden können beispielsweise in der Weise, daß sie von diesen durchströmt werden. Derartige Formkörper lassen sich beispielsweise durch Pressen, Sintern, Aushärten in spezifischen Formen oder dergleichen herstellen.

Besonders geeignete Formkörper sind Rohre, Ringe, Zylinder etc.

Erfindungsgemäß ist es ferner möglich, Mischungen aus verschiedenen zerkleinerten Membranmikrofiltermaterialien einzusetzen, um in spezifischer Weise aus flüssigen Medien darin gelöste oder suspendierte Materialien zu entfernen. Beispielsweise können homogene Mischungen von verschiedenen zerkleinerten Membranmikrofiltermaterialien bzw. Materia­ lien unterschiedlicher Porengröße, insbesondere -teilchen, verwendet werden, es ist jedoch auch möglich, die verschie­ denen zerkleinerten Membranmikrofiltermaterialien in Schichten anzuordnen, die dann von dem zu behandelnden Medium durchströmt werden.

Ferner ist es möglich, die erfindungsgemäß eingesetz­ ten zerkleinerten Membranmikrofiltermaterialien in Mischung mit anderen, insbesondere neutralen Materialien, wie inak­ tiven Filterteilchen, Füllmitteln, Quellmitteln sowie klas­ sischen Filterhilfsstoffen, die eingangs erwähnt wurden, zu verwenden.

Außerdem können Mischungen aus Teilchen, Schnitzeln, Fasern oder ähnlichen zerkleinerten Formen zum Einsatz ge­ langen.

Die erfindungsgemäß eingesetzten zerkleinerten Mem­ branmikrofiltermaterialien können, falls sie regenerierbar sind, nicht nur in situ, d. h. beispielsweise in dem Behäl­ ter, in welchem sie vorliegen, regeneriert werden, sondern vielmehr ist auch eine Regenerierung außerhalb derartiger Behälter möglich, so daß im letzteren Falle bei der Auswahl der Regenerierungsbedingungen (beispielsweise hinsichtlich Regenerierungsmittel, Regenerierungstemperatur etc.) keine Rücksicht genommen werden muß, denen die Behälter, bei­ spielsweise Module, ausgesetzt werden können. Außerdem ist eine kontinuierliche Ergänzung evtl. verbrauchter zer­ kleinerter Membranmikrofiltermaterialien möglich.

Ein weiterer Vorteil, der gegenüber dem Einsatz nicht zerkleinerter Membranmikrofiltermaterialien erzielt wird, liegt darin, daß, je größer der Zerkleinerungsgrad ist, umso größer die Oberfläche ist, die für eine Kontaktierung mit dem zu behandelnden flüssigen und/oder gasförmigen Medium verfügbar ist.

Beim Einsatz der zerkleinerten Membranmikrofiltermate­ rialien in Modulen kann deren Quellungs- bzw. Schrumpfungs­ verhalten unberücksichtigt bleiben, das beim Einbau von nicht zerkleinerten Membranmikrofiltern Schwierigkeiten be­ reiten kann, insbesondere bei Verwendung von gemischten Membranmikrofiltern. So können erfindungsgemäß Modulen mit bereits gequollenen zerkleinerten Membranmikrofiltermate­ rialien gefüllt werden.

Weitere Vorteile, die gegenüber dem Einsatz von nicht zerkleinerten Membranmikrofiltern erzielt werden, sind fol­ gende: Gesonderte Weiterbehandlung durch

• a) Herstellung von Suspensionen, die dann durch Zentrifu­ gieren oder Flotation zur Abtrennung weiterverarbeitet werden können,
• b) Regenerieren durch Auflösung/Wiederausfällung.
• c) Problemlose Entsorgung.

Die erfindungsgemäß eingesetzten zerkleinerten Mem­ branmikrofiltermaterialien können aus beliebigen natürli­ chen oder synthetischen, in üblicher Weise zur Herstellung von Membranmikrofiltern eingesetzten Materialien bestehen, die darüber hinaus in beliebiger Weise modifiziert werden können, beispielsweise durch Einführung von funktionellen Gruppen.

Die Modifizierung kann vor oder nach der Zerkleinerung erfolgen.

Beispiele für Membranmikrofiltermaterialien sind fol­ gende: Polymide, Polysulfone, PVDF, PC, PP, PTFE sowie wei­ tere synthetische, üblicherweise zur Herstellung von Mem­ branmikrofiltermaterialien eingesetzte Materialien, ferner Cellulose und Cellulosederivate (CA, CN, Mischester etc.).

Die Erfindung kann auf die Behandlung von beliebigen flüssigen Medien angewendet werden, um aus diesen gelöste oder suspendierte Materialien zu entfernen.

Claims (7)

1. Verwendung von Membranmikrofiltern zur Behandlung von flüssigen und/oder gasförmigen Medien, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zerkleinern von Verschnittware, die bei der Mem­ branmikrofilterherstellung anfällt, erhaltene Teilchen, Schnitzel, Fasern oder faserartige Gebilde eingesetzt werden.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingesetzten Teilchen durch eine übliche Membranmi­ krofilterherstellung unter Vermeidung einer Bahnbildung erzeugt worden sind.

3. Verwendung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mischungen aus Teilchen verschiedener Mem­ branmikrofilter eingesetzt werden.

4. Verwendung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen so eingesetzt werden, daß sie in einem von dem zu behandelnden flüssigen Medium durchströmten Behälter eingeschlossen sind.

5. Verwendung nach den vorgehenden Ansprüchen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß aus den Membranmikrofilterteilchen er­ zeugte Formkörper eingesetzt werden.

6. Verwendung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranmikrofilterteilchen aus natürlichen oder synthetischen, gegebenenfalls modifi­ zierten Polymeren bestehen.

7. Verwendung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige Medien zur Entfernung darin gelöster oder suspendierter Materialien behandelt wer­ den.