ES2808665T3 - Membrana semipermeable de triacetato de celulosa de tipo de fibra hueca, proceso para fabricar la misma, módulo y proceso de tratamiento de agua - Google Patents
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Abstract
Una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de triacetato de celulosa (CTA) que se caracteriza por que, cuando una disolución acuosa de 25 °C que tiene una concentración de cloruro sódico de 35 g/l y una presión de 1,0 MPa se hace fluir por y se pone en contacto con una cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA que tiene una longitud de aproximadamente 70 cm mientras agua dulce de 25 °C que tiene una concentración de cloruro sódico de 0 g/l se hace fluir por una cara interna de un extremo abierto de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA y se descarga desde otro extremo abierto a 10 kPa o menos, el caudal de permeación es de 30 a 70 l/m2/día, en donde dicho caudal de permeación se mide bajo una condición tal que el doble del caudal de permeación que fluye desde la cara interna hasta la cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz sea igual a un caudal que fluye por la cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA y que el caudal descargado desde la cara interna de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA sea igual a 10% de dicho caudal de permeación; la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA se caracteriza además por que, cuando una disolución acuosa que tiene una concentración de cloruro sódico de 1,5 g/l se filtra desde la cara externa hasta la cara interna de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA a 25 °C y bajo una presión de 3,0 MPa, la relación (relación de caudales de permeación) del valor del caudal de permeación después de 24 horas a su valor después de 1 hora es de 0,85 a 1,0; que el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA es de 100 a 280 μm; que su diámetro interno es de 50 a 200 μm; y que su relación de huecos es de 24 a 42%.
Description
DESCRIPCIÓN
Membrana semipermeable de triacetato de celulosa de tipo de fibra hueca, proceso para fabricar la misma, módulo y proceso de tratamiento de agua
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca que puede mantener tanto permeabilidad al agua como propiedad de separación a alto nivel, reducir el espacio para la instalación y mejorar la eficacia del tratamiento. También se refiere a un método para fabricar la misma, a un módulo y a un método de tratamiento de agua. Más específicamente, se refiere a la concentración/recuperación de materiales valiosos, o a la reducción en el volumen por medio de concentración de agua residual, o a la generación de energía en la que agua dulce se permea desde una disolución acuosa de baja concentración hasta una disolución acuosa de alta concentración en estado presurizado utilizando la diferencia en las concentraciones como fuerza motriz y una turbina, etc. se hace girar por la presión y el caudal de la disolución acuosa en un estado presurizado que se incrementan por el agua dulce permeada. Más particularmente, la presente invención se refiere a una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca que se usa ventajosamente para tratamiento de agua, etc. para la generación de energía tal como energía eléctrica utilizando la diferencia en las concentraciones entre agua marina o agua marina concentrada y agua dulce.
Técnica anterior
La separación/concentración de mezclas líquidas mediante un método de separación con membrana es un método que ahorra energía en comparación con una técnica de separación tal como destilación debido a que no está acompañado por cambio de fase. Además, no provoca los cambios de fase en el estado de las sustancias. Por lo tanto, se ha utilizado ampliamente en muchos campos incluyendo un campo alimentario tal como la concentración de zumo de fruta y la separación de enzima cervecera; y la recuperación de sustancias orgánicas de aguas residuales industriales. El tratamiento del agua mediante una membrana semipermeable se ha establecido firmemente como un procedimiento indispensable que apoya la tecnología más puntera.
Por ejemplo, la generación de energía por medio de la presión y el caudal conseguidos al utilizar la diferencia en las concentraciones entre agua marina y agua dulce con una membrana semipermeable es un procedimiento limpio y se ha previsto como una energía reciclable. Particularmente debido al hecho de que una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca puede hacer grande la superficie de membrana por volumen del módulo de membrana a pesar de su pequeño caudal de permeación por unidad de superficie de membrana en comparación con una membrana semipermeable de tipo arrollado en espiral, tiene las ventajas de que el caudal de permeación puede llegar a ser grande como un todo y que la eficacia por volumen es muy alta, con lo que tiene una excelente compacidad. Además, cuando tanto una disolución acuosa de alta concentración como agua dulce se alimentan a un módulo y se hacen entrar en contacto entre sí a través de una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca, la polarización de la concentración sobre la superficie de la membrana puede llegar a ser pequeña.
Generalmente, esta membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se fabrica en un método tal que se prepare una laca que contiene acetato de celulosa como un material polimérico, se extruya desde una tobera al aire, se coagule en la disolución coagulante, se lave y se contraiga al recocer mediante agua caliente. En cuanto a una membrana semipermeable para mantener tanto la permeabilidad al agua como la propiedad de separación a alto nivel, se ejemplifican las mencionadas en el Documento de Patente 1 (JP 337448/98 A) y el Documento de Patente 2 (JP 19630/97 A). El Documento de Patente 1 describe una técnica relativa a un módulo de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca utilizado para la separación de un sólido o la separación de un soluto de una mezcla líquida. Sin embargo, según las propiedades de la membrana de fibra hueca que usa triacetato de celulosa mostrada en la Tabla 1 del Documento de Patente 1, el caudal de permeación (FRl) medido bajo una presión de trabajo de 55 kg/cm2 es de 22,6 a 91,5 l/(m2.día) con lo que no se puede conseguir permeabilidad al agua. Además, no se describe la permeabilidad al agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz. Por otra parte, la membrana mencionada en dicho documento se ha tratado a una alta temperatura de recocido con lo que su estructura de membrana se densifica y no es adecuada para la separación con membrana utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz. Particularmente cuando se usa para la generación de energía bajo esta condición de que la cara de alta concentración esté en un estado presurizado, la diferencia de presión efectiva [(diferencia de presión osmótica) - (presión en la cara de alta concentración)] en donde la diferencia de concentración es una fuerza motriz se convierte en el resultado de la sustracción de la presión en la cara de alta concentración en el estado presurizado de la diferencia de presión osmótica con lo que el caudal de permeación llega a ser bajo. Además, puesto que la membrana se usa en el estado presurizado, es necesaria la resistencia a la presión correspondiente a dicha condición presurizada.
El Documento de Patente 2 describe una técnica relativa a una membrana semipermeable compuesta de tipo lámina plana que está equipada, sobre un soporte microporoso, con una capa activa (capa exterior de membrana delgada) que contiene poliamida polimerizada interfacial como un componente principal y que tiene tanto alto grado de rechazo de sal como alta permeabilidad al agua cuando se utiliza presión como una fuerza motriz. Según la descripción del Ejemplo 1, la membrana semipermeable descrita en el Documento de Patente 2 tiene un caudal de
permeación de 1,0 m3/m2^ día (1000 l/m2^ día) cuando se mide bajo una presión de trabajo de 7,5 kg/cm2. Sin embargo, esta membrana semipermeable está en una forma de membrana plana, con lo que, cuando se usa para el tratamiento de agua real en el que se utiliza la diferencia de concentración a través de una membrana semipermeable como una fuerza motriz, es difícil que la disolución acuosa de alta concentración y la disolución acuosa de baja concentración (agua dulce) que se van a alimentar se repartan eficazmente y uniformemente en la superficie de la membrana. Además, en la superficie a la que se alimenta un pequeño caudal de la disolución acuosa, la polarización de la concentración sobre la superficie de la membrana se vuelve particularmente alta. Según esto, es difícil asegurar la diferencia de concentración eficaz con lo que existe la desventaja de que la eficacia del tratamiento de agua no se pueda hacer elevada. Por otra parte, en la membrana que comprende este material de poliamida, existen las desventajas de que es inferior en su resistencia al cloro y que los productos químicos bactericidas utilizables están limitados.
Por otra parte, ha existido una intensa demanda por los consumidores que le dan importancia a la economía y compacidad de una membrana de tratamiento de agua para mejorar la capacidad de tratamiento por superficie de la membrana en una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. En el caso de un tratamiento de agua en el que se utiliza la diferencia de concentración como una fuerza motriz sin aplicación de alta presión, no se alcanza alta permeabilidad al agua aunque se use la membrana semipermeable convencional para una presión inferior. Como resultado, la presente situación es que no se pueden contener el coste de producción de agua ni el espacio de instalación.
Según se menciona anteriormente en la presente memoria, la presente situación en la que no existe una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca que pueda alcanzar tanto permeabilidad al agua como selectividad a alto nivel y que pueda realizar un tratamiento de agua eficaz utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz, en un espacio de instalación pequeño.
Los documentos US 4 371 487 A y JP 2008-132441 A describen procedimientos para la producción de una membrana semipermeable de fibra hueca de triacetato de celulosa con un tratamiento de recocido mediante agua caliente solamente en una etapa y a una temperatura (95-98 °C) por encima de la Tg del triacetato de celulosa (aproximadamente 80-85 °C). Sin embargo, la capa de soporte se ve afectada por un vestigio de disolvente restante, con lo que la estructura de conexión comunicativa se deforma. Como resultado, la polarización en la concentración de la capa de soporte es grande, lo que conduce a una pequeña permeabilidad al agua debido a la diferencia de concentración. En un ejemplo alternativo del documento JP 2008-132441 A, el tratamiento de recocido mediante agua caliente se realiza a una temperatura (80-83 °C) alrededor de la Tg del triacetato de celulosa en estado humedecido (aproximadamente 80-85 °C). Según esto, la capa densa no está tan densificada y el grado de rechazo de sal es bastante bajo. La capa de soporte no se daña, con lo que la permeabilidad al agua debida a la concentración está dentro del intervalo de la presente invención.
Problema subyacente a la invención
La presente invención se ha creado en vista de la susodicha situación presente de la técnica anterior. Un objetivo de la presente invención es proporcionar una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca que alcance tanto permeabilidad al agua como selectividad a alto nivel y que pueda realizar un tratamiento eficaz usando una pequeña superficie de membrana y un pequeño espacio de instalación en este tratamiento de agua para generar energía en donde, por ejemplo, se hace que líquidos en diferentes concentraciones entren en contacto a través de la membrana semipermeable, agua en la cara de baja concentración se permea a través de la membrana semipermeable utilizando la diferencia de concentración entre ellas como una fuerza motriz, y una turbina se hace girar por medio de la presión y el caudal total de un líquido en la cara de alta concentración en un estado presurizado y de agua permeada, con lo que se genera energía. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un método para fabricar la misma. Cuando se usa un líquido a alta concentración en un estado presurizado, la membrana semipermeable necesita tener una resistencia a la presión correspondiente a la condición presurizada. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de la presente invención es particularmente adecuada para un tratamiento de agua en el que se genera energía, por ejemplo, mediante el giro de una turbina por medio de agua que se ha permeado a través de la membrana semipermeable, utilizando la diferencia de concentración entre agua que tiene alta concentración de sal y que está en estado presurizado (tal como agua marina y agua marina concentrada) y agua dulce como una fuerza motriz. Estos objetivos se consiguen con las características de las reivindicaciones. Los presentes inventores han investigado seriamente para conseguir el objetivo como tal y, como resultado, han encontrado que, cuando una capa densa que representa el papel de función selectiva entre sal y agua en una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca llega a ser más delgada que la convencional y se adopta una estructura de conexión altamente comunicativa, es posible promover la difusión en la capa de soporte y suprimir la polarización de la concentración en la capa de soporte, con lo que se puede conseguir permeabilidad al agua a alto nivel utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz, con lo que se ha completado la presente invención.
Así, la presente solicitud describe, entre otras cosas, los siguientes aspectos (1) a (5).
(1) Una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca que se caracteriza por que, cuando una disolución acuosa
de 25 °C que tiene una concentración de cloruro sódico de 35 g/l y una presión de 1,0 MPa se hace fluir por una cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca que tiene una longitud de aproximadamente 70 cm mientras agua dulce de 25 °C que tiene una concentración de cloruro sódico de 0 g/l se hace fluir por una cara interna de un extremo abierto de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca y se descarga desde otro extremo abierto a 10 kPa o menos, el caudal de permeación es de 30 a 70 l/m2/día, en donde dicho caudal de permeación se mide bajo una condición tal que el doble del caudal de permeación que fluye desde la cara interna hasta la cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz sea igual a un caudal que fluye por la cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca y que el caudal descargado desde la cara interna de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca sea igual a 10% de dicho caudal de permeación; la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se caracteriza además por que, cuando una disolución acuosa que tiene una concentración de cloruro sódico de 1,5 g/l se filtra desde la cara externa hasta la cara interna de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca a 25 °C y bajo una presión de 3,0 MPa, la relación (relación de caudales de permeación) del valor del caudal de permeación después de 24 horas a su valor después de 1 hora es de 0,85 a 1,0; que el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca es de 100 a 280 gm; que su diámetro interno es de 50 a 200 gm; y que su relación de huecos es de 24 a 42%.
(2) Un método para fabricar la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca mencionada en (1), que comprende las etapas de: descargar una impureza en un líquido coagulante desde una tobera a través de un espacio libre para coagular, seguido por lavado; y tratar la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante al sumergir en agua de 40 a 80 °C y tratar adicionalmente al sumergir en agua de 85 a 99,5 °C.
(3) Un módulo de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca, caracterizado por que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca mencionada en (1) se incorpora en el mismo.
(4) Un método de tratamiento de agua que comprende las etapas de: introducir una disolución acuosa que tiene una alta concentración en el módulo de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca mencionado en (3); poner en contacto la disolución acuosa que tiene una alta concentración con una disolución acuosa que tiene baja concentración a través de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca; y recoger agua dulce de la disolución acuosa que tiene baja concentración.
(5) El método para el tratamiento de agua según (4), en el que la presión de la disolución acuosa que tiene alta concentración a la salida del módulo es de 0,5 a 3,0 MPa.
Ventajas de la invención
En la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de la presente invención, el grosor de la capa densa llega a ser delgado y la propiedad de conexión comunicativa de la parte de la capa de soporte se potencia en comparación con la membrana semipermeable convencional para alta presión. Según esto, el agua permeada se puede obtener eficazmente en un tratamiento de agua en el que la diferencia en las concentraciones de sal de las soluciones que entran en contacto a través de la membrana se utiliza como una fuerza motriz.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es un dibujo explicativo de las etapas para la fabricación de la membrana semipermeable de la presente invención.
Mejor modo para llevar a cabo la invención
Hasta ahora, el desarrollo de una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca (particularmente una membrana semipermeable que tiene alta selectividad entre sal y agua) se ha efectuado en tal dirección que el propósito principal sea hacer densa la estructura de la membrana (particularmente la capa activa de separación (capa densa) sobre su superficie) y que, básicamente, la concentración de polímero en la laca llegue a ser elevada y la membrana después de su preparación se someta a un tratamiento de recocido mediante agua caliente de alta temperatura de modo que la estructura de la membrana llegue a ser más densa. Tales medios son racionales con vistas a impartir la durabilidad en el caso del uso bajo un estado presurizado de alta presión (p. ej. 5 MPa o más) y con vistas a una alta selectividad, y son apropiados como un objetivo para el desarrollo de lo que se denomina en la presente memoria membrana de ósmosis inversa en la que se alimenta agua marina con alta presión y se filtra con una membrana semipermeable para desalación. Sin embargo, cuando los medios se usan para una membrana semipermeable para el tratamiento de agua en el que la diferencia de concentración entre líquidos a través de la membrana semipermeable (diferencia de presión osmótica) se utiliza como una fuerza motriz sin aplicar alta presión al agua de alimentación, solamente se produce un producto tal que tiene un pequeño caudal de permeación debido al tratamiento bajo una diferencia de presión [(diferencia de presión osmótica) - (presión en la cara de alta concentración)] baja. Además, a fin de asegurar efectivamente la diferencia de concentración a través de la membrana, lo importante no solo es la estructura de una capa densa que es una capa activa para la separación, sino también la estructura de una capa de soporte que conecta con la capa densa.
A fin de expresar una alta permeabilidad al agua incluso cuando la diferencia de concentración se utilice como una
fuerza motriz mientras se mantiene tanto alta selectividad entre sal y agua como alta permeabilidad al agua, los presentes inventores han efectuado una mejora en la estructura de la membrana al adoptar una nueva concepción para el diseño de la membrana que se libera del modo convencional para el desarrollo de una membrana semipermeable. Así, se cree que el equilibrio entre selectividad para agua y sal y la permeabilidad al agua se pueden potenciar cuando la capa funcional selectiva (capa densa) llega a ser más delgada y más densa que una membrana semipermeable convencional en la que el tratamiento se efectúa mediante agua de alimentación a presión de media a alta y, al mismo tiempo, la polarización de la concentración se puede reducir sobre la capa de soporte y se puede asegurar una diferencia de concentración eficaz cuando la capa de soporte esté provista de una estructura de conexión altamente comunicativa de modo que se promueva la difusión en la capa de soporte. Además, con respecto al diseño de un módulo de membrana que alcance el comportamiento máximo mientas que todavía se mantenga una durabilidad suficiente, los presentes inventores prestaron su atención a la optimización del diámetro externo y la relación de huecos de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca basándose en la relación entre la pérdida de presión del fluido de un fluido que recorre la superficie interior y la superficie de membrana por volumen del módulo. La presente invención se ha conseguido después de la repetición de pruebas y errores para la realización de la idea técnica como tal.
La membrana semipermeable de la presente invención es de tipo de fibra hueca y adopta el triacetato de celulosa como una materia prima. El acetato de celulosa es resistente al cloro que es un bactericida y puede suprimir fácilmente el crecimiento de microbios. Según esto, tiene la característica de que la contaminación con microbios sobre la membrana se puede suprimir eficazmente. El triacetato de celulosa se selecciona con vistas a la durabilidad. En la membrana de tipo de fibra hueca, la superficie de membrana por cada módulo se puede agrandar en comparación con la membrana de tipo de arrollamiento helicoidal y, en el caso de un módulo del mismo tamaño, se puede conseguir una superficie de membrana de aproximadamente diez veces la del tipo de arrollamiento helicoidal, aunque puede variar dependiendo del tamaño de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Según esto, en la membrana de tipo de fibra hueca, una cantidad de tratamiento por unidad de superficie de membrana puede ser muy pequeña para obtener el mismo caudal de permeación, con lo que se puede reducir el ensuciamiento de la membrana (que se provoca a partir de la permeación de agua de alimentación a través de la membrana) y se puede alargar el tiempo de trabajo hasta el lavado de la membrana.
En la membrana semipermeable de la presente invención, cuando se hace que una disolución acuosa de baja concentración y una disolución acuosa de alta concentración entren en contacto a través de la membrana, se permea agua desde la cara de baja concentración hasta la cara de alta concentración utilizando la diferencia en las concentraciones de las soluciones como una fuerza motriz, con lo que se obtiene una disolución acuosa en un estado presurizado. Aunque no existe una limitación particular para un método para generar la energía usando la disolución acuosa resultante en un estado presurizado, uno de sus ejemplos es un método en el que una turbina se hace girar mediante un flujo de agua, tal como por medio de un generador de flujo de agua, y dicho giro se convierte en energía eléctrica usando un generador. Por lo tanto, la cara de alta concentración se mantiene en un estado presurizado para hacer girar la turbina. Esta presión se fija a menos de la diferencia de presión osmótica o, habitualmente, aproximadamente la mitad de la presión osmótica. Esta diferencia de concentración (diferencia de presión osmótica) es una fuerza motriz por la que agua dulce permea la membrana y es un valor después de descontar la presión de presurización para mantener el estado presurizado. En cuanto a la concentración de sal de una disolución acuosa de alta concentración, el agua marina que está ampliamente presente en general es una representativa y, puesto que es de aproximadamente 3,5% a 7% cuando se incluye agua marina en una región de alta concentración de sal, es apropiado que la presión de presurización esté dentro de un intervalo de aproximadamente 0,5 a 3 MPa. Por otra parte, una disolución acuosa de baja concentración es una tal en la que la concentración de sal no sea mayor de un décimo del agua marina común que es una disolución acuosa de alta concentración representativa y es no más de 3500 mg/l y no más de 0,3 MPa en cuanto a TDS (sólidos disueltos totales, por sus siglas en inglés) y presión osmótica, respectivamente. Sus ejemplos incluyen agua fluvial, agua lacustre, agua corriente, agua industrial y agua residual tratada.
La membrana semipermeable se clasifica habitualmente según la presión de trabajo. La membrana para alta presión usada a una presión de trabajo de 5 a 8 MPa tiene una estructura muy densa ya que se usa para la desalación de agua marina y ha de ser resistente a la presión que es superior que la presión osmótica del agua marina. Por el contrario, en la membrana semipermeable de la presente invención, el agua se permea utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz y la membrana se usa a una presión de trabajo de 3 MPa o menor, que es inferior que la presión osmótica de la disolución de la cara de alta concentración, tal como agua marina. En la membrana convencional para alta presión, la membrana tiene una estructura relativamente densa como un todo para impartir la resistencia a la presión, con lo que, si la diferencia de presión efectiva se disminuye, el caudal de permeación disminuye en proporción a la presión. Cuando la estructura de toda la membrana llega a ser rugosa para potenciar el caudal de permeación, una propiedad inhibidora de sal disminuye. Además, en la membrana convencional para presión inferior, no tiene una estructura capaz de conseguir un alto caudal de permeación debido al hecho de que se ha desarrollado basándose en membranas para presión de media a alta. En la membrana semipermeable de la presente invención, es posible conseguir permeabilidad al agua y selectividad a alto nivel incluso cuando la diferencia de presión efectiva sea baja. Además, es posible conseguir un alto nivel de permeabilidad al agua cuando se permea agua a través de la membrana utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz. La membrana semipermeable de la presente invención se basa en una idea de diseño que
no se ha propuesto anteriormente.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de la presente invención se caracteriza por que cuando una disolución acuosa de 25 °C que tiene una concentración de cloruro sódico de 35 g/l y una presión de 1,0 MPa se hace fluir en una cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca que tiene una longitud de aproximadamente 70 cm mientras agua dulce de 25 °C que tiene una concentración de cloruro sódico de 0 g/l se hace fluir por una cara interna de un extremo abierto de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca y se descarga de otro extremo abierto a 10 kPa o menos, el caudal de permeación por superficie de membrana es de 30 a 70 l/m2/día, en donde dicho caudal de permeación se mide bajo una condición tal que el doble del caudal de permeación que fluye desde la cara interna hasta la cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz sea igual a un caudal que fluye por la cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca y que el caudal descargado desde la cara interna de una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca sea igual a 10% de dicho caudal de permeación. La razón por la que la concentración de cloruro sódico llega a ser 35 g/l es utilizar la diferencia de concentración entre agua marina que está presente abundantemente en la naturaleza y agua dulce. Preferiblemente, la concentración de cloruro sódico está en el intervalo de 34,5 g/l a 35,4 g/l. La razón por la que la concentración de cloruro sódico en la cara del agua dulce llega a ser 0 g/l es que el agua dulce de baja presión osmótica que está fácilmente disponible en la naturaleza se espera y supone 200 mg/l o menos. La expresión que dice que la presión es 1,0 MPa indica el intervalo de 0,95 a 1,04 MPa. Aunque la presión de salida de la cara del agua dulce supone la presión atmosférica sustancial, llega a ser 10 kPa o menor teniendo en cuenta la pérdida de presión presente en la práctica, etc. La razón para fijar este valor es que es la región de presión en la que la energía se genera lo más eficazmente a partir del caudal y la presión alcanzados por la diferencia en las concentraciones entre agua marina y agua dulce. Además, puesto que el caudal de permeación obtenido al utilizar la diferencia de concentración como una fuerza motriz está afectado por la concentración de sal sobre la superficie de la membrana y la polarización de la concentración, la condición que estipula el valor del caudal de permeación se fija, considerando la práctica, hasta una condición tal que el caudal de permeación sea igual a un caudal que fluye saliendo de la cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca y que el caudal descargado del otro extremo abierto de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca sea igual a 10% del caudal de permeación. 10% indica el intervalo de 9,5% a 10,4%. Además, puesto que el caudal en la cara interna de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca y la pérdida de presión varía dependiendo de la longitud de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca, la longitud de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se estipula como aproximadamente 70 cm cuando se estipula el caudal de permeación. Con respecto al caudal de permeación, se prefiere que sea alto para disminuir la superficie de membrana necesaria y para incrementar la cantidad de tratamiento. Con vistas a la competitividad con las de tipo de fibra hueca y de tipo de arrollamiento helicoidal convencionales, es más preferiblemente 40 l/m2/día o más, y más preferiblemente 50 l/m2/día o más. Aunque no habrá problema aunque el caudal de permeación sea demasiado alto, su límite superior es menor de 70 l/m2/día y más preferiblemente menor de 60 l/m2/día con vistas a un equilibrio con la selectividad que se va a conseguir.
El caudal de permeación mediante la diferencia de concentración generalmente tiende a elevarse en una membrana tal en la que el caudal de permeación debido a la diferencia de presión sea alto. Probablemente, se debe al hecho de la resistencia a la fluidez cuando el agua se permea en la superficie interna de la membrana. Sin embargo, en un caso tal en el que la propiedad de rechazo de sal no sea suficientemente alta o en el que la polarización de la concentración sobre la superficie de la membrana que tiene una función separadora sea grande, la diferencia de concentración efectiva a través de la membrana disminuye, con lo que, aunque el caudal de permeación por la presión sea alto, el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración se puede volver bajo. Cuando se permea agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz, la dirección para la permeación de agua puede ser desde la cara externa hasta la cara interna o desde la cara interna hasta la cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Es posible determinar apropiadamente la dirección para la permeación de agua considerando la concentración y la característica del soluto en la disolución de alta concentración, el nivel de caudal, etc..
La membrana semipermeable de la presente invención se diseña a fin de expresar el mejor comportamiento cuando se use para el tratamiento de agua, en donde la diferencia de concentración se utiliza como una fuerza motriz, pero también exhibe una excelente permeabilidad selectiva incluso cuando se usa para el tratamiento de agua utilizando una diferencia de presión relativamente baja como una fuerza motriz. Así, es posible expresar el caudal de permeación de 90 a 240 l/m2/día y el grado de rechazo de sal de 98,5 a 99,9%, cuando una disolución acuosa que tiene una concentración de cloruro sódico de 1,5 g/l se filtra desde la cara externa hasta la cara interna de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca a 25 °C y 1,5 MPa de presión. La razón por la que se estipula el valor cuando se realiza la filtración a la presión de 1,5 MPa es que se espera que la membrana semipermeable de la presente invención se use a una presión de trabajo baja. Con respecto al caudal de permeación, es mejor que sea alto para conseguir una reducción al espacio de instalación durante el tratamiento de agua y un incremento en la cantidad de tratamiento y, con vistas a la ventaja de compacidad en comparación con el tipo de fibra hueca y el tipo de arrollamiento helicoidal convencionales, es 100 l/m2/día o más y preferiblemente 130 l/m2/día o más. Aunque no hay problema aunque el caudal de permeación sea demasiado alto, su límite superior es 240 l/m2/día con vistas a que se consiga el equilibrio con el grado de rechazo de sal. El grado de rechazo de sal se ha de considerar con vistas al equilibrio con el caudal de permeación que se va a conseguir y es de 98,5 a 99,9%, preferiblemente de 98,8
a 99,9% y más preferiblemente de 99,0 a 99,9%.
La membrana semipermeable de la presente invención tiene una capa densa cerca de la superficie externa. Se prefiere que el grosor de dicha capa densa sea de 0,1 a 7 gm. Se prefiere que el grosor de la capa densa (que es una capa activa sustancialmente para separación) sea delgado ya que la resistencia a la permeación de agua llega a ser baja y, más preferiblemente, es 6 gm o menos, y, lo más preferiblemente, es 5 gm o menos. Sin embargo, cuando el grosor de la capa densa es demasiado delgado, la deficiencia latente en la estructura de la membrana tiende a revelarse y se pueden presentar problemas tales como que la fuga de un ion univalente llegue a ser difícil o que disminuya el aseguramiento de la durabilidad de la membrana. Según esto, se prefiere más que el grosor de la capa densa sea 0,5 gm o más, y, lo más preferiblemente, sea 1 gm o más.
En la membrana semipermeable de la presente invención, se permea agua, a través de la membrana, desde una disolución acuosa de baja concentración hasta una disolución acuosa de alta concentración en un estado presurizado utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz. Según esto, a diferencia de la membrana semipermeable de tipo de alta presión convencional, no necesita una alta resistencia a la presión. Sin embargo, necesita resistencia a la presión en algún grado para el uso estable a largo plazo. En general, en una membrana semipermeable que comprende un polímero, resulta una densificación de la membrana bajo un estado presurizado y la permeabilidad al agua disminuye. Generalmente, este cambio con el transcurso del tiempo se aproxima mediante una función exponencial negativa del tiempo y, aunque la velocidad de cambio en la operación inicial es grande, se estabiliza con el transcurso del tiempo. Según esto, el grado de cambio de la permeabilidad al agua en la operación inicial se puede usar como un índice estimado para una estabilidad a largo plazo de la propiedad. Por ejemplo, la relación de caudal de permeación expresada por la relación del caudal de permeación después de 24 horas al caudal de permeación en la fase inicial (después de 1 hora) es un grado de retención de propiedad que muestra la resistencia a la presión, y se prefiere que sea 0,85 o más, más preferiblemente que sea 0,9 o más, y se prefiere adicionalmente que sea 0,95 o más. Además, la presión de evaluación de esta resistencia a la presión se fija en 3 MPa al considerar la condición de trabajo real (de 0,5 a 3 MPa), en donde el estado presurizado para hacer girar la turbina y esta presión es menor que la diferencia de presión osmótica resultante de la diferencia de concentración y se fija habitualmente en aproximadamente la mitad de la presión osmótica. En cuanto a la concentración de sal de la cara de alta concentración, la de agua marina que está ampliamente presente es habitualmente una representativa. Cuando se tiene en cuenta el agua marina en la zona de alta concentración de sal, es aproximadamente de 3,5 a 7%. Por lo tanto, cuando se tiene en cuenta su presión osmótica (de 3 a 6 MPa), el valor más alto de la presión de presurización bajo la condición de trabajo es aproximadamente 3 MPa, y es práctico asegurar la resistencia a la presión y la durabilidad de aproximadamente 3 MPa.
El diámetro interno de la membrana semipermeable de la presente invención es de 50 a 200 gm, preferiblemente de 65 a 190 gm, y más preferiblemente de 75 a 160 gm. Cuando el diámetro interno es menor que el intervalo anterior, la pérdida de presión del fluido que fluye a través de la superficie interna habitualmente llega a ser grande, con lo que la presión requerida para hacer fluir el caudal de agua dulce deseado llega a ser extremadamente alta cuando la longitud de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca es relativamente larga, lo que provoca pérdida de energía. Por otra parte, cuando el diámetro interno es mayor que el intervalo anterior, se produce una compensación entre la relación de huecos y la superficie de la membrana del módulo, por lo que es necesario sacrificar cualquiera de la durabilidad a la presión usada y la superficie de membrana por unidad de volumen.
El diámetro externo de la membrana semipermeable de la presente invención es de 100 a 280 gm, preferiblemente de 115 a 270 gm y más preferiblemente de 130 a 250 gm. Cuando el diámetro externo es menor que el intervalo anterior, el diámetro interno llega a ser inevitablemente pequeño, con lo que resulta el mismo problema que en el caso del diámetro interno anterior. Por otra parte, cuando el diámetro externo es mayor que el intervalo anterior, no es posible incrementar la superficie de membrana por unidad de volumen en el módulo, con lo que se deteriora la compacidad que es una de las ventajas del módulo de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
La relación de huecos de la membrana semipermeable de la presente invención es de 24 a 42%, preferiblemente de 25 a 40%, y más preferiblemente de 26 a 38%. Cuando la relación de huecos es menor que el intervalo anterior, la resistencia de la membrana llega a ser grande y no se puede conseguir un caudal de permeación deseado. Cuando la relación de huecos es mayor que el intervalo anterior, no se puede asegurar una presión suficiente ni siquiera en el uso a baja presión.
La relación de huecos (%) se puede determinar mediante la siguiente fórmula:
relación de huecos (%) = [(diámetro interno)/(diámetro externo)]2 x 100
La longitud de la membrana semipermeable de la presente invención es de 15 a 500 cm, preferiblemente de 20 a 400 cm, más preferiblemente de 25 a 300 cm. Esta longitud es el posible intervalo que se usa generalmente en un módulo de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Sin embargo, si la longitud está fuera del intervalo anterior, puede ser difícil conseguir tanto permeabilidad al agua como grado de rechazo de sal con un coste operativo bajo.
Ahora, se ilustrará un ejemplo de un método para la fabricación de una membrana semipermeable de la presente
invención. Según se muestra en la Fig. 1, la membrana semipermeable de la presente invención se fabrica al extruir una laca desde una tobera hasta un baño coagulante a través de un espacio libre para fabricar una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca; al lavar la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante con agua; y al someter la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca a un tratamiento de recocido mediante agua caliente para contraer la membrana. El método para fabricar la membrana semipermeable de la presente invención se caracteriza por que el tratamiento de recocido mediante agua caliente se lleva a cabo para la membrana semipermeable después de la formación de la membrana en dos etapas a fin de potenciar la propiedad de conexión comunicativa de una capa de soporte de la membrana. Como resultado de adoptar el tratamiento de recocido mediante agua caliente como tal, la propiedad de conexión comunicativa de una capa de soporte después del tratamiento de recocido mediante agua caliente se mejora en comparación con el caso en el que un tratamiento de recocido mediante agua caliente se efectúa en una etapa. Cuando un tratamiento de recocido mediante agua caliente de baja temperatura se efectúa una vez a una temperatura no superior a la temperatura de transición vítrea antes de efectuar un tratamiento de recocido mediante agua caliente de alta temperatura, el disolvente que permanecía en la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca después de la formación de la membrana se retira en gran cantidad sin redisolver la estructura de la membrana, con lo que es posible mantener una estructura de la membrana que tiene una estructura de alta conexión comunicativa. Como resultado de un tratamiento de recocido mediante agua caliente de alta temperatura en la última fase, es posible potenciar la fijación y la estabilidad dimensional de la estructura de la membrana y también potenciar la estabilidad térmica. Cuando se efectúa un tratamiento de recocido mediante agua caliente de alta temperatura en una etapa, es probable que la estructura de la membrana se destruya mediante redisolución debido a la afección del disolvente residual y que se pueda destruir la estructura de la membrana que tiene una estructura de alta conexión comunicativa. Así, en la resina semipermeable de tipo de fibra hueca de la presente invención, la propiedad de conexión comunicativa de una capa de soporte llega a ser alta y los poros que se cierran llegan a ser menos que los de una estructura de capa de soporte de una membrana semipermeable según el método de tratamiento convencional con lo que, como resultado, es probable que la tortuosidad llegue a ser pequeña y que tienda a producirse la difusión de un soluto.
La laca que se va a usar contiene triacetato de celulosa (material de la membrana), disolvente y no disolvente y, si es necesario, se añade o añaden a la misma un ácido orgánico y opcionalmente una amina orgánica.
En cuanto al disolvente, se usa N-metil-2-pirrolidona.
En cuanto al no disolvente, se usa etilenglicol.
En cuanto al ácido orgánico, se prefiere usar un aminoácido, un ácido carboxílico aromático, un hidroxiácido, un alcoxiácido, un ácido dibásico o uno de sus hidroximonoésteres. Más preferidos son el ácido ftálico, el ácido tartárico, el ácido £-amino-n-caproico, el ácido benzoico, el ácido 4-metilaminobutírico, el ácido p-oxibenzoico y el ácido maleico y se pueden usar uno o más de los mismos. En cuanto a la amina orgánica, se puede usar cualquiera de hidroxialquilaminas primarias, secundarias y terciarias. Por especificar, se prefieren monoetanolamina, trietanolamina, diisopropanolamina y triisopropanolamina. Se prefiere más la triisopropanolamina.
Se prefiere que la concentración de acetato de celulosa en la laca sea de 38 a 45% en peso, más preferiblemente sea de 39 a 44% en peso, y más preferiblemente sea de 40 a 43% en peso. Cuando la concentración de acetato de celulosa es inferior que el intervalo anterior, la estructura de la membrana llega a ser demasiado gruesa y no se pueden conseguir selectividad y resistencia de la membrana suficientes mientras que, cuando es superior que el intervalo anterior, la viscosidad de la laca llega a ser alta con lo que no se puede conseguir estabilidad al preparar la membrana o no se puede potenciar la permeabilidad al agua de la membrana resultante. Se prefiere que la relación en peso de disolvente/no disolvente en la laca sea de 60/40 a 95/5. Cuando la relación en peso de disolvente/no disolvente sea menor que el intervalo anterior, la estructura superficial de la membrana no llega a ser densa debido a que la evaporación del disolvente no avanza y, aunque la permeabilidad al agua no cambie mucho, la selectividad puede llegar a ser baja mientras que, cuando sea superior que el intervalo anterior, avanza la formación de una membrana extremadamente asimétrica con lo que no se puede conseguir la resistencia de la membrana.
A continuación, la laca preparada como anteriormente se disuelve al calentar a de 90 a 190 °C y la laca disuelta se extruye de una tobera de tipo arco, una tobera de tipo C o una tobera de tipo de tubo en orificio calentada a de 150 a 180 °C. Cuando se usa una tobera de tipo de tubo en orificio, se prefiere usar aire, nitrógeno, dióxido de carbono, argón, etc. como un material formador de la superficie interna. La laca extruida se hace pasar a través del espacio libre (atmósfera gaseosa) durante de 0,02 a 0,4 segundos y a continuación se sumerge en un baño coagulante acuoso para coagular.
En cuanto a una composición de disolvente y no disolvente del baño coagulante, se prefiere usar la misma composición que la usada para la laca. En cuanto a la relación de composición de una baño coagulante, se prefiere que la relación en peso de disolvente:no disolvente : agua sea de 0 a 15 : 0 a 8 : 100 a 77. Cuando la proporción de agua sea demasiado baja, avanza la separación de fases de la membrana y el tamaño de poro puede llegar a ser demasiado grande. Aunque el grado de agua puede ser 100%, la cantidad del líquido residual procedente del baño coagulante en la fabricación de la membrana continua llega a ser mayor.
A partir de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca extraída del baño coagulante, los restantes
disolvente, no disolvente, etc. se retiran al lavar con agua. Ejemplos del método para lavar con agua incluyen un método de canal inclinado de múltiples fases para lavar con agua en el que el agua para lavado fluye descendentemente en un canal inclinado largo y una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumerge en dicha agua de lavado para efectuar el lavado con agua; un método de rodillos de Nelson para lavar con agua en el que se usan dos rodillos largos (rodillos de Nelson) que se cruzan en ciertos ángulos y membranas semipermeables de tipo de fibra hueca se arrollan pliegue sobre pliegue sobre los rodillos, en donde las superficies de los rodillos de Nelson siempre están humedecidas con agua para lavado y el lavado con agua se efectúa por medio del contacto de dicha agua para lavado con las membranas semipermeables de tipo de fibra hueca; un método de lavado de red-ducha con agua en el que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se remueve sobre una red seguido por lavado con agua de ducha; y un lavado con agua mediante inmersión en el que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumerge directamente en un agua de lavado en un recipiente profundo seguido por lavado con agua. En la presente invención, se puede usar uno de los métodos de lavado con agua para lavar con agua.
Se prefiere que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca sometida a un tratamiento de lavado con agua se sumerja en agua bajo un estado no tensionado y se someta a un tratamiento de recocido mediante agua caliente a de 40 a 80 °C durante de 5 a 60 minutos, seguido por otro tratamiento de recocido mediante agua caliente a de 85 a 99,5 °C. Como resultado de someter a un tratamiento de recocido mediante agua caliente a una temperatura relativamente baja seguido por otro tratamiento de recocido mediante agua caliente a una temperatura relativamente alta, se pueden esperar mejoras en la fijación y la estabilidad dimensional de la estructura de la membrana y en la estabilidad térmica mientras se mantiene una estructura de conexión comunicativa alta. Con este propósito, el primer tratamiento de recocido mediante agua caliente adopta la temperatura no mayor que la temperatura cercana a la temperatura de transición vítrea, y el segundo tratamiento de recocido mediante agua caliente adopta la temperatura superior a la temperatura de transición vítrea e inferior al punto de fusión. Específicamente, se prefiere que la temperatura para el primer tratamiento de recocido mediante agua caliente esté dentro de un intervalo de 40 a 80 °C, más preferiblemente esté dentro de un intervalo de 45 a 78 °C y aún más preferiblemente esté dentro de un intervalo de 50 a 75 °C. Cuando la temperatura es menor que el intervalo anterior, el efecto de lavado del disolvente es pequeño. Por el contrario, cuando la temperatura es mayor que el intervalo anterior, la estructura de conexión comunicativa de la estructura de la membrana se destruye debido al disolvente y la alta temperatura. Se prefiere que la temperatura para el segundo tratamiento de recocido mediante agua caliente sea de 85 a 99,5 °C, más preferiblemente sea de 87 a 99,3 °C y aún más preferiblemente sea de 90 a 99 °C. Cuando la temperatura es menor que el intervalo anterior, la densificación de la membrana y la estabilización de la estructura de la membrana llegan a ser insuficientes. Por el contrario, cuando la temperatura es mayor que el intervalo anterior, la densificación de la membrana avanza demasiado para dar una estructura de membrana que tiene baja permeabilidad al agua.
Cuando la temperatura para el tratamiento de recocido mediante agua caliente es superior que el intervalo anterior, la estructura de la membrana se destruye debido a la redisolución de la estructura de la membrana, o la densificación de la estructura de la membrana avanza demasiado, con lo que se puede perder el equilibrio entre el grado de rechazo de sal y la permeabilidad al agua. Por el contrario, cuando es menor que el intervalo anterior, el disolvente restante no se puede retirar suficientemente y la estructura de la membrana se destruye en el tratamiento de recocido mediante agua caliente, o la densificación de la estructura de la membrana no es suficiente, con lo que no se puede conseguir el grado de rechazo de sal deseado. Habitualmente, el tiempo para el tratamiento de recocido mediante agua caliente es de 5 a 60 minutos. Cuando el tiempo de tratamiento es demasiado corto, no se puede conseguir un efecto de recocido suficiente aunque el tratamiento de recocido mediante agua caliente se efectúe bajo las condiciones anteriores. Además, la estructura de la membrana puede llegar a ser irregular. Cuando el tiempo de tratamiento es demasiado largo, se puede producir no solo un incremento en el coste de fabricación sino también demasiada densificación de la membrana, con lo que no se consigue un equilibrio deseado en las propiedades.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de la presente invención preparada como anteriormente se incorpora en un módulo de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. La incorporación se puede realizar mediante el método conocido convencionalmente. Según se describe en las publicaciones posteriores a la concesión de Patente Japonesa N.° 4412486, 4277147, 3591618 y 3008886, un ejemplo de la incorporación de la membrana semipermeable es que de 45 a 90 membranas semipermeables de tipo de fibra hueca se ensamblen para dar un agregado de membranas semipermeables de tipo de fibra hueca, una pluralidad de los agregados de membranas semipermeables de tipo de fibra hueca resultantes se alinean horizontalmente y el haz de membranas semipermeables de tipo de fibra hueca plano resultante se atraviesa en un conducto central que tiene muchos poros para arrollarse sobre el mismo. El ángulo de arrollamiento en este momento llega a ser de 5 a 60° y el arrollamiento se realiza de tal modo que se forme una parte transversal sobre la superficie de una posición específica del cuerpo arrollado. Después de eso, ambos extremos de este cuerpo arrollado se adhieren y solo una cara y/o ambas caras del mismo se corta o se cortan para formar una abertura o aberturas de fibra hueca, con lo que se prepara un elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se inserta en el recipiente de presión para ensamblar un módulo de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
El módulo en el que se incorpora la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de la presente invención es
adecuado para permear agua dulce en una disolución acuosa de alta concentración en un estado presurizado de 0,5 a 3,0 MPa utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz a fin de generar energía utilizando la cantidad de agua presurizada incrementada. Un disolución acuosa de alta concentración preferida incluye agua marina que está presente abundantemente en la naturaleza, agua marina concentrada y disolución acuosa de alta concentración preparada artificialmente. Con respecto a la concentración de disolución acuosa a alta concentración, es mejor que sea superior. Con respecto a su presión osmótica, es de 0,5 a 10 MPa, preferiblemente de 1 a 7 MPa, y más preferiblemente de 2 a 6 MPa, aunque varía dependiendo del peso molecular del soluto. El módulo de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de la presente invención está diseñado a fin de conseguir una propiedad de alta permeación de agua de la membrana y un alto caudal de permeación utilizando la diferencia de concentración en sal como una fuerza motriz debido a la alta selectividad para agua y sal. Según esto, ahora es posible obtener eficazmente agua presurizada utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz. Ejemplos
Según lo posterior, la presente invención se ilustrará más específicamente por medio de Ejemplos, aunque la presente invención no está limitada solamente a esos Ejemplos. Las medidas de los valores característicos medidos en los Ejemplos se efectuaron según los siguientes métodos.
(1) Diámetro interno, diámetro externo y relación de huecos
El diámetro interno, el diámetro externo y el grosor de membrana de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se obtuvieron de tal modo que números apropiados de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se inserten en los poros de 3 mm de diámetro abiertos en el centro de un portaobjetos hasta tal punto que las membranas semipermeables de tipo de fibra hueca no caigan a su través, las membranas semipermeables de tipo de fibra hueca se cortan usando una cuchilla a lo largo de las caras superior e inferior del portaobjetos para preparar muestras de las secciones de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca, y los diámetros corto y largo de las secciones resultantes de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se miden usando un proyector Nikon PROFlLE PROJECTOR V-12. Para cada sección de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca, se midieron los diámetros corto y largo en dos direcciones y una media aritmética de cada uno de ellos se adoptó como diámetro interno o externo de una sección de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca mientras que el grosor de la membrana se calculó como [(diámetro externo) -(diámetro interno)]/2. Se efectuó una medida similar para cinco secciones y sus valores medios se adoptaron como diámetro interno, diámetros externos y grosor de la membrana.
La relación de huecos se calculó mediante la fórmula [(diámetro interno)/(diámetro externo)]2 X 100.
(2) Caudal de permeación y relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión
Después de que las membranas semipermeables de tipo de fibra hueca se agruparan e insertaran en un manguito hecho de plástico, una resina termoestable se inyectó en el manguito y se endureció para sellar. El extremo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca endurecido mediante la resina termoestable se cortó para dar una abertura de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca, con lo que se preparó un módulo para la evaluación que tenía la superficie de membrana basada en el diámetro externo de aproximadamente 0,1 m2. Este módulo para la evaluación se conectó a un dispositivo para probar las propiedades de la membrana que comprende un depósito para agua de alimentación y una bomba, con lo que se evaluaban las propiedades.
Una disolución acuosa de alimentación que tenía una concentración de cloruro sódico de 1,5 g/l se filtró de la cara externa a la cara interna de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca a 25 °C y 1,5 MPa de presión y el dispositivo se hizo funcionar durante 1 hora. Después de eso, agua permeada a través de la membrana se recogió desde la abertura de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca y el peso de agua permeada se midió mediante una báscula electrónica (LIBROR EB-3200D fabricada por Shimadzu). El peso de agua permeada se convirtió en la cantidad de agua permeada a 25 °C según la siguiente fórmula:
cantidad de agua permeada (l) = peso de agua permeada (kg) / 0,99704 (kg/l)
El caudal (FR, por sus siglas en inglés) de permeación se calcula mediante la siguiente fórmula:
FR [l/m2/día] = cantidad del agua permeada (l) / superficie de membrana basada en el diámetro externo [m2] / tiempo de recogida [minutos] x (60 [minutos] x 24 [horas])
Además, el caudal de permeación se midió de un modo similar bajo la condición anterior, excepto que la presión de trabajo se cambió hasta 3,0 MPa, y la relación de caudales de permeación (relación con el valor medido del caudal de permeación después de 24 horas) como un índice para la resistencia a la presión de la membrana se calculó mediante la siguiente fórmula:
relación de caudales de permeación [-] = (caudal de permeación a 3,0 MPa después de 24 horas) / (caudal de permeación a 3,0 MPa después de 1 hora)
(3) Grado de rechazo de sal debido a diferencia de presión
La concentración de cloruro sódico se midió usando un detector conductimétrico (CM-25R de Toa DKK) a partir del agua permeada recogida en la medida anterior para el caudal de permeación y la disolución acuosa de alimentación que tiene una concentración de cloruro sódico de 1.500 mg/l se usó para la misma medida del caudal de permeación.
El grado de rechazo de sal se calcula mediante la siguiente fórmula:
grado de rechazo de sal [%] = (1 - concentración de sal de agua permeada [mg/l] / concentración de sal de disolución acuosa de alimentación [mg/l]) x 100
(4) Caudal de permeación debido a la diferencia de concentración
(Preparación de un elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca)
Estas membranas semipermeables de tipo de fibra hueca se alinearon de un modo cruzado alrededor de un tubo de distribución para el fluido de alimentación que consiste en un tubo poroso, con lo que se formaba un agregado de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Específicamente, el haz de membranas semipermeables de tipo de fibra hueca se movía lateralmente junto con el giro del tubo de distribución para el fluido de alimentación alrededor de su eje de modo que el haz se arrollara alrededor del tubo de distribución para el fluido de alimentación, con lo que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se alineaba de un modo cruzado. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca en la capa más externa era aproximadamente 41° con la dirección axial. Ambos extremos de este agregado de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se fijaron al envolver con una resina epoxídica y, después de eso, ambos extremos se cortaron para abrir la superficie interior de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca, con lo que se preparaba un elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
(Medida del caudal de permeación del módulo)
El elemento resultante se instaló en el recipiente de presión y se alimentó agua dulce que tenía una concentración de cloruro sódico de 200 mg/l o menos, usando una bomba de alimentación, desde una perforación de las perforaciones que conectan con cada abertura de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca y el agua dulce se hizo fluir desde otra perforación. Una disolución acuosa que tenía una concentración de cloruro sódico de tanto como 35 g/l se alimentó a un tubo de distribución para el fluido de alimentación conectado a la cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca usando una bomba de alimentación, se hizo pasar por la cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca y a continuación se hizo fluir desde una perforación existente en la superficie lateral del recipiente de presión que está conectada a la cara externa del agregado de membranas semipermeables de tipo de fibra hueca y la presión y el caudal se ajustaron mediante una válvula de ajuste del caudal. El caudal y la presión de cada bomba de alimentación se ajustaron de modo que el caudal de permeación (QDS2 - QDS1), la presión y el caudal del módulo se convirtieran en las siguientes condiciones cuando la presión de alimentación de la disolución acuosa a alta concentración fuera PDS1 (MPa), el caudal de alimentación fuera QDS1 (l/min), el caudal de agua de descarga de la disolución acuosa a alta concentración fuera QDS2 (l/min), el caudal de alimentación de agua dulce fuera QFS1 (l/min), el caudal de salida de agua dulce fuera QFS2 (l/min) y la presión de salida de agua dulce fuera PFS2 (kPa) y a continuación el incremento de caudal (QDS2 - QDS1) de la disolución acuosa a alta concentración se midió como el caudal de permeación del módulo.
PDSl = 1,0 MPa
PFS2 = 10 kPa o menos
QDS1/(QDS2 - QDSl) = 2
QFS2/(QDS2 - QDS1) = 0,1
El caudal de permeación debido a la diferencia de concentración (FR) se calcula mediante la siguiente fórmula: FR [l/m2/día] = caudal de permeación del módulo (l/min) / superficie de la membrana basada en el diámetro externo [m2] x (60 [minutos] x 24 [horas])
(5) Grosor de la capa densa
Después de que se evaluara la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca, se lavó con agua, se sumergió durante 1 hora en 2-propanol (Nacalai Tesque) de 25 °C y a continuación se sumergió durante 1 hora en ciclohexano (Nacalai Tesque) de 25 °C para efectuar una sustitución de disolvente. El líquido se retiró de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca después de la sustitución de disolvente seguido por secado durante 24 horas en un secador de vacío (Yamato Vacuum Drying Oven DP41) con una temperatura interna de 50 °C y una presión interna de -40Pa.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca secada resultante se embebió en resina y una rodaja se cortó de la misma usando un microtomo (REICHERT-NISSEI ULTRACUT) de modo que se pueda observar la sección de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
La rodaja cortada se observó bajo un microscopio de interferencia diferencial (soporte de Nikon Optiphot, aparato de interferencia diferencial reflexiva NR).
A partir de la imagen microscópica resultante, se midieron los grosores de las capas densas en diez sitios y se adoptó un valor medio de los mismos como el grosor de la capa densa.
Ejemplo 1
Triacetato de celulosa (CTA, Daicel, LT35) (41% en peso), 49,9% en peso de N-metil-2-pirrolidona (NMP, Mitsubishi Chemical), 8,8% en peso de etilenglicol (EG, Mitsubishi Chemical) y 0,3% en peso de ácido benzoico (Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180 °C para dar una laca. La laca resultante se desespumó a vacío, se extruyó desde una tobera de tipo arco (dividida en tres) a 163°C al espacio que está aislado de aire exterior y, después de un lapso de tiempo de 0,03 segundos, se sumergió en un baño coagulante de 12 °C que comprendía NMP/EG/agua en 4,25/0,75/95. Después de eso, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se lavó mediante un método de canal inclinado de múltiples fases y se removió cuando la membrana todavía estaba en un estado húmedo. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se sumergió en agua de 60 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. A continuación, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumergió en agua de 85 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 pm, un diámetro externo de 175 pm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 1. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
Ejemplo 2
Triacetato de celulosa (CTA, Daicel, LT35) (41% en peso), 52,8% en peso de N-metil-2-pirrolidona (NMP, Mitsubishi Chemical), 5,9% en peso de etilenglicol (EG, Mitsubishi Chemical) y 0,3% en peso de ácido benzoico (Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180 °C para dar una laca. Aparte de eso, se preparó una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca del mismo modo que en el Ejemplo 1.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 pm, un diámetro externo de 175 pm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 1. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
Ejemplo 3
Triacetato de celulosa (CTA, Daicel, LT35) (44% en peso), 47,3% en peso de N-metil-2-pirrolidona (NMP, Mitsubishi Chemical), 8,4% en peso de etilenglicol (EG, Mitsubishi Chemical) y 0,3% en peso de ácido benzoico (Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180 °C para dar una laca. Aparte de eso, se preparó una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca del mismo modo que en el Ejemplo 1. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se sumergió en agua de 60 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. A continuación, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumergió en agua de 85 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 pm, un diámetro externo de 175 pm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 1. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
Ejemplo 4
Se preparó una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca del mismo modo que en el Ejemplo 1, excepto que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca tiene un diámetro interno de 158 gm, un diámetro externo de 250 gm y una relación de huecos de 40%.
Se prepararon módulos de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 1. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 47 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
Ejemplo 5
Una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca, preparada del mismo modo que en el Ejemplo 1, se sumergió en agua de 80 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. A continuación, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumergió en agua de 98 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 gm, un diámetro externo de 175 gm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 1. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
Ejemplo 6
Triacetato de celulosa (CTA, Daicel, LT35) (41% en peso), 41,1% en peso de N-metil-2-pirrolidona (NMP, Mitsubishi Chemical), 17,6% en peso de etilenglicol (EG, Mitsubishi Chemical) y 0,3% en peso de ácido benzoico (Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180 °C para dar una laca. La laca resultante se desespumó a vacío, se extruyó desde una tobera de tipo arco (dividida en tres) a 163°C al espacio que está aislado de aire exterior y, después de un lapso de tiempo de 0,03 segundos, se sumergió en un baño coagulante de 12 °C que comprendía NMP/EG/agua en 4,25/0,75/95. Después de eso, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se lavó mediante un método de canal inclinado de múltiples fases y se removió cuando la membrana todavía estaba en un estado húmedo.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se sumergió en agua de 80 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. A continuación, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumergió en agua de 98 °C, se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 86 gm, un diámetro externo de 175 gm y una relación de huecos de 24%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 1. La superficie
de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
Ejemplo 7
Una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca, preparada del mismo modo que en el Ejemplo 1, se sumergió en agua de 42 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. A continuación, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumergió en agua de 99 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 pm, un diámetro externo de 175 pm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 2. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Ejemplo 8
Una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca, preparada del mismo modo que en el Ejemplo 1, se sumergió en agua de 78 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. A continuación, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumergió en agua de 87 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 pm, un diámetro externo de 175 pm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 2. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
Ejemplo 9
Triacetato de celulosa (CTA, Daicel, LT35) (43% en peso) , 56,7% en peso de N-metil-2-pirrolidona (NMP, Mitsubishi Chemical) y 0,3% en peso de ácido benzoico (Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180 °C para dar una laca. La laca resultante se desespumó a vacío, se extruyó desde una tobera de tipo arco (dividida en tres) a 163°C al espacio que está aislado de aire exterior y, después de un lapso de tiempo de 0,03 segundos, se sumergió en un baño coagulante de 12 °C que comprendía NMP/EG/agua en 4,25/0,75/95. Después de eso, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se lavó mediante un método de canal inclinado de múltiples fases y se removió cuando la membrana todavía estaba en un estado húmedo.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se sumergió en agua de 42 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. A continuación, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumergió en agua de 85 °C, se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 pm, un diámetro externo de 175 pm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 2. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
Ejemplo 10
Triacetato de celulosa (CTA, Daicel, LT35) (39,7% en peso), 42,0% en peso de N-metil-2-pirrolidona (NMP, Mitsubishi Chemical), 17,6% en peso de etilenglicol (EG, Mitsubishi Chemical), 0,3% en peso de ácido benzoico (Nacalai Tesque) y 0,7% en peso de triisopropanolamina (TPA, Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180 °C para dar una laca. La laca resultante se desespumó a vacío, se extruyó desde una tobera de tipo arco (dividida en tres) a 158 °C al espacio que está aislado de aire exterior y, después de un lapso de tiempo de 0,03 segundos, se sumergió en un baño coagulante de 12 °C que comprendía NMP/EG/agua en 21,0/9,0/70,0. Después de eso, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se lavó mediante un método de canal inclinado de múltiples fases y se removió cuando la membrana todavía estaba en un estado húmedo. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se sumergió en agua de 80 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. A continuación, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumergió en agua de 98 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 86 pm, un diámetro externo de 175 pm y una relación de huecos de 24%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 2. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
Ejemplo 11
Triacetato de celulosa (CTA, Daicel, LT35) (38% en peso), 52,4% en peso de N-metil-2-pirrolidona (NMP, Mitsubishi Chemical), 9,3% en peso de etilenglicol (EG, Mitsubishi Chemical) y 0,3% en peso de ácido benzoico (Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180 °C para dar una laca. La laca resultante se desespumó a vacío, se extruyó desde una tobera de tipo arco (dividida en tres) a 163°C al espacio que está aislado de aire exterior y, después de un lapso de tiempo de 0,03 segundos, se sumergió en un baño coagulante de 12 °C que comprendía NMP/EG/agua en 4,25/0,75/95. Después de eso, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se lavó mediante un método de canal inclinado de múltiples fases y se removió cuando la membrana todavía estaba en un estado húmedo. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se sumergió en agua de 60 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. A continuación, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumergió en agua de 85 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 pm, un diámetro externo de 175 pm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 2. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
Ejemplo 12
Triacetato de celulosa (CTA, Daicel, LT35) (41% en peso), 35,2% en peso de N-metil-2-pirrolidona (NMP, Mitsubishi Chemical), 23,5% en peso de etilenglicol (EG, Mitsubishi Chemical) y 0,3% en peso de ácido benzoico (Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180 °C para dar una laca. La laca resultante se desespumó a vacío, se extruyó desde una tobera de tipo arco (dividida en tres) a 163°C al espacio que está aislado de aire exterior y, después de un lapso de tiempo de 0,03 segundos, se sumergió en un baño coagulante de 12 °C que comprendía NMP/EG/agua en 4,25/0,75/95. Después de eso, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se lavó mediante un método de canal inclinado de múltiples fases y se removió cuando la membrana todavía estaba en un estado húmedo. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se sumergió en agua de 60 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. A continuación, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumergió en agua de 85 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 pm, un diámetro externo de 175 pm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usado la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 2. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
Ejemplo Comparativo 1
Triacetato de celulosa (CTA, Daicel, LT35) (41% en peso), 49,9% en peso de N-metil-2-pirrolidona (NMP, Mitsubishi Chemical), 8,8% en peso de etilenglicol (EG, Mitsubishi Chemical) y 0,3% en peso de ácido benzoico (Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180°C para dar una laca. La laca resultante se desespumó a vacío, se extruyó desde una tobera de tipo arco (dividida en tres) a 163°C al espacio que está aislado de aire exterior y, después de un lapso de tiempo de 0,03 segundos, se sumergió en un baño coagulante de 12 °C que comprendía NMP/EG/agua en 4,25/0,75/95. Después de eso, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se lavó mediante un método de canal inclinado de múltiples fases y se removió cuando la membrana todavía estaba en un estado húmedo. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se sumergió en agua de 60 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 40 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 gm, un diámetro externo de 175 gm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 3. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Ejemplo Comparativo 2
Triacetato de celulosa (CTA, Daicel, LT35) (37% en peso), 53,3% en peso de N-metil-2-pirrolidona (NMP, Mitsubishi Chemical), 9,4% en peso de etilenglicol (EG, Mitsubishi Chemical) y 0,3% en peso de ácido benzoico (Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180 °C para dar una laca. La laca resultante se desespumó a vacío, se extruyó desde una tobera de tipo arco (dividida en tres) a 163°C al espacio que está aislado de aire exterior y, después de un lapso de tiempo de 0,03 segundos, se sumergió en un baño coagulante de 12 °C que comprendía NMP/EG/agua en 4,25/0,75/95. Después de eso, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se lavó mediante un método de canal inclinado de múltiples fases y se removió cuando la membrana todavía estaba en un estado húmedo. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se sumergió en agua de 60 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. A continuación, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumergió en agua de 85 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 gm, un diámetro externo de 175 gm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 3. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Ejemplo Comparativo 3
Triacetato de celulosa (CTA, Daicel, LT35) (47 % en peso), 44,8% en peso de N-metil-2-pirrolidona (NMP, Mitsubishi Chemical), 7,9% en peso de etilenglicol (EG, Mitsubishi Chemical) y 0,3% en peso de ácido benzoico (Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180 °C para dar una laca. La laca resultante se desespumó a vacío, se extruyó desde una tobera de tipo arco (dividida en tres) a 163°C al espacio que está aislado de aire exterior y, después de un lapso de tiempo de 0,03 segundos, se sumergió en un baño coagulante de 12 °C que comprendía NMP/EG/agua en 4,25/0,75/95. Después de eso, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se lavó mediante un método de canal inclinado de múltiples fases y se removió cuando la membrana todavía estaba en un
estado húmedo. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se sumergió en agua de 60 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. A continuación, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumergió en agua de 85 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 pm, un diámetro externo de 175 pm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 3. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Ejemplo Comparativo 4
Triacetato de celulosa (CTA, Daicel, LT35) (41% en peso), 58,7% en peso de N-metil-2-pirrolidona (NMP, Mitsubishi Chemical) y 0,3% en peso de ácido benzoico (Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180 °C para dar una laca. La laca resultante se desespumó a vacío, se extruyó desde una tobera de tipo arco (dividida en tres) a 163°C al espacio que está aislado del aire exterior y, después de un lapso de tiempo de 0,03 segundos, se sumergió en un baño coagulante de 12 °C que comprendía NMP/EG/agua en 4,25/0,75/95. Después de eso, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se lavó mediante un método de canal inclinado de múltiples fases y se removió cuando la membrana todavía estaba en un estado húmedo. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se sumergió en agua de 60 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. A continuación, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se sumergió en agua de 85 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 pm, un diámetro externo de 175 pm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 3. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Ejemplo Comparativo 5
Se preparó una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca del mismo modo que en el Ejemplo 1, excepto que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca obtenida mediante una etapa de tratamiento de recocido mediante agua caliente se sumergía en agua de 85 °C y se sometía a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos, y a continuación se sumergía en agua de 99,8 °C y se sometía a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 pm, un diámetro externo de 175 pm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 3. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Ejemplo Comparativo 6
Se preparó una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca del mismo modo que en el Ejemplo 1, excepto que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca obtenida mediante una etapa de tratamiento de recocido mediante agua caliente se sumergía en agua de 85 °C y se sometía a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos, y a continuación se sumergía en agua de 75 °C y se sometía a un tratamiento de
recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 gm, un diámetro externo de 175 gm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 3. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Ejemplo Comparativo 7
Se preparó una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca del mismo modo que en el Ejemplo 1, excepto que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca obtenida mediante una etapa de tratamiento de recocido mediante agua caliente se sumergía en agua de 30 °C y se sometía a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos, y a continuación se sumergía en agua de 75 °C y se sometía a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 gm, un diámetro externo de 175 gm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 3. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Ejemplo Comparativo 8
Se preparó una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca del mismo modo que en el Ejemplo 1, excepto que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca obtenida mediante una etapa de tratamiento de recocido mediante agua caliente se sumergía en agua de 30 °C y se sometía a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos, y a continuación se sumergía en agua de 99,8 °C y se sometía a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 gm, un diámetro externo de 175 gm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 3. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Ejemplo Comparativo 9
Se preparó una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca del mismo modo que en el Ejemplo 6, excepto que la temperatura para el tratamiento de recocido mediante agua caliente se cambiaba a 60 °C y el tratamiento se llevaba a cabo una vez. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 gm, un diámetro externo de 175 gm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 4. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
Ejemplo Comparativo 10
Se preparó una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca del mismo modo que en el Ejemplo 1, excepto que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca tiene un diámetro interno de 72 pm, un diámetro externo de 160 pm y una relación de huecos de 20%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 4. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 73 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Ejemplo Comparativo 11
Se preparó una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca del mismo modo que en el Ejemplo 1, excepto que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca tiene un diámetro interno de 212 pm, un diámetro externo de 300 pm y una relación de huecos de 50%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 4. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 39 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Ejemplo Comparativo 12
Se preparó una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca del mismo modo que en el Ejemplo 6, excepto que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca obtenida mediante una etapa de tratamiento de recocido mediante agua caliente se sumergía en agua de 85 °C y se sometía a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos, y a continuación se sumergía en agua de 99,8 °C y se sometía a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 100 pm, un diámetro externo de 175 pm y una relación de huecos de 33%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 4. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 67 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. Ejemplo Comparativo 13
Triacetato de celulosa (CTA, Daicel, LT35) (39% en peso), 41,0% en peso de N-metil-2-pirrolidona (NMP, Mitsubishi Chemical), 19,4% en peso de trietilenglicol (TEG, Mitsubishi Chemical), 0,3% en peso de ácido tartárico (Nacalai Tesque) y 0,3% en peso de etildietanolamina (Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180 °C para dar una laca. La laca resultante se desespumó a vacío, se extruyó desde una tobera de tipo arco (dividida en tres) a 158 °C al espacio que está aislado del aire exterior y, después de un lapso de tiempo de 0,03 segundos, se sumergió en un baño coagulante de 10 °C que comprendía NMP/EG/agua en 21,7/9,3/69,0. Después de eso, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se lavó mediante un método de canal inclinado de múltiples fases y se removió cuando la membrana todavía estaba en estado húmedo. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se sumergió en agua de 88 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 86 pm, un diámetro externo de 180 pm y una relación de huecos de 23%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo
de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 4. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 65 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca.
Ejemplo Comparativo 14
Acetato de celulosa (CA, Daicel, L30) (36% en peso), 42,0% en peso de N,N-dimetilacetamida (DMAC, Mitsubishi Chemical), 20,9% en peso de tetraetilenglicol acetilado (Nacalai Tesque), 0,6% en peso de ácido ftálico (Nacalai Tesque) y 0,5% en peso de diisopropanolamina (Nacalai Tesque) se disolvieron uniformemente a 180 °C para dar una laca. La laca resultante se desespumó a vacío, se extruyó desde una tobera de tipo arco (dividida en tres) a 158 °C al espacio que está aislado del aire exterior y, después de un lapso de tiempo de 0,03 segundos, se sumergió en un baño coagulante de 10 °C que comprende NMP/EG/agua en 21,7/9,3/69,0. Después de eso, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca se lavó mediante un método de canal inclinado de múltiples fases y se removió cuando la membrana todavía estaba en un estado húmedo. La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante se sumergió en agua de 99 °C y se sometió a un tratamiento de recocido mediante agua caliente durante 20 minutos.
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante tenía un diámetro interno de 86 pm, un diámetro externo de 180 pm y una relación de huecos de 23%.
Se preparó un módulo de aproximadamente 100 cm de longitud para la evaluación usando la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de este Ejemplo Comparativo. El caudal de permeación, el grado de rechazo de sal y la relación de caudales de permeación debidos a diferencia de presión se midieron usando el módulo. Además, se preparó un elemento para medir el caudal de permeación debido a la diferencia de concentración con una longitud efectiva de aproximadamente 70 cm de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca. El caudal de permeación se midió usando el elemento. Los resultados de la evaluación se resumen en la Tabla 4. La superficie de membrana efectiva de este elemento de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca era aproximadamente 65 m2 basándose en el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca
[Tabla 1]
[Tabla 2]
Como será evidente a partir de los resultados anteriores, todas las membranas semipermeables de tipo de fibra hueca de los Ejemplos 1 a 12 tienen una alta permeabilidad al agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz, y la relación de caudales, que es un índice para la resistencia a la presión, es 0,9 o más. Según esto, es posible obtener eficazmente el agua y la presión para generar la energía utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz, con un espacio de instalación pequeño. Por el contrario, en el Ejemplo Comparativo 1, el tratamiento de recocido mediante agua caliente se efectúa solo una vez y, además, la temperatura para el tratamiento de recocido es baja con lo que la densificación de la estructura de la membrana es insuficiente. Según esto, en el tratamiento de agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz, la sal se fuga y la diferencia de concentración a través de la membrana semipermeable no se consigue suficientemente, con lo que la permeabilidad al agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz es baja y la relación de caudales de permeación, que es un índice para la resistencia a la presión, también es baja. En el Ejemplo Comparativo 2, la concentración de polímero es baja, el tratamiento de recocido mediante agua caliente se efectúa solo una vez y, además, la temperatura para el tratamiento de recocido es baja con lo que la densificación de la estructura como una membrana completa es insuficiente. Según esto, en el tratamiento de agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz, la sal se fuga y la diferencia de concentración a través de la membrana semipermeable no se consigue suficientemente, con lo que la permeabilidad al agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz es baja. En el Ejemplo Comparativo 3, presumiblemente debido a que la concentración del polímero de la laca es alta, la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca preparada tiene baja permeabilidad al agua. En el Ejemplo Comparativo 4, la relación disolvente/no disolvente es grande, probablemente no se promueve totalmente la evaporación de disolvente durante el espacio libre y así la estructura en la superficie de la membrana no está tan densificada como se espera. Además, el tratamiento de recocido mediante agua caliente se efectúa solamente una vez y, además, la temperatura para el tratamiento de recocido es baja, con lo que la selectividad no es alta. Según esto, en el tratamiento de agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz, la sal se fuga y la diferencia de concentración a través de la membrana semipermeable no se consigue suficientemente, con lo que la permeabilidad al agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz es baja. En el Ejemplo Comparativo 5, puesto que la temperatura del tratamiento de recocido mediante agua caliente es alta en las etapas tanto primera como segunda, la estructura de la membrana de la capa de soporte no se puede mantener y la capa densa está demasiado densificada, con lo que la permeabilidad al agua llega a ser baja y la permeabilidad al agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz es baja. En el Ejemplo Comparativo 6, puesto que la temperatura del tratamiento de recocido mediante agua caliente de la primera etapa es alta, el tratamiento de recocido mediante agua caliente tiene lugar bajo un estado tal que la retirada del disolvente es insuficiente, con lo que la estructura de membrana de una propiedad de alta conexión comunicativa de la capa de soporte no se puede mantener y la permeabilidad al agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz es baja. En el Ejemplo Comparativo 7, puesto que la temperatura del tratamiento de recocido mediante agua caliente en la primera etapa es baja, la retirada del disolvente es insuficiente y, puesto que además la temperatura del tratamiento de recocido mediante agua caliente en la segunda etapa también es baja, la estructura de la capa de soporte no se puede mantener y, además, la densificación de la capa densa es insuficiente, con lo que la permeabilidad al agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz es baja. En el Ejemplo Comparativo 8, puesto que la temperatura del tratamiento de recocido mediante agua caliente en la primera etapa es baja, la retirada del disolvente es insuficiente y la estructura de membrana de propiedad de alta conexión comunicativa de la capa de soporte no se puede mantener en el tratamiento de recocido mediante agua caliente en la segunda etapa y, puesto que además la temperatura del tratamiento de recocido mediante agua caliente en la segunda etapa es demasiado alta, la densificación de la capa densa avanza demasiado, con lo que la permeabilidad al agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz es baja. En el Ejemplo Comparativo 9, puesto que la relación disolvente/no disolvente no es alta, la capa densa llega a ser gruesa y, puesto que además la temperatura del tratamiento de recocido mediante agua caliente es baja, la densificación de la capa densa es insuficiente y el grado de rechazo de sal es bajo, con lo que la permeabilidad al agua por medio de la diferencia de concentración es baja. En el Ejemplo Comparativo 10, puesto que la relación de huecos es pequeña y el grosor de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca es grande y, debido además a la afección de la pérdida de presión de flujo en la superficie interna, la permeabilidad al agua es baja. En el Ejemplo Comparativo 11, aunque la permeabilidad al agua es alta debido a que la relación de huecos es grande y el grosor de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca es pequeño, la relación de caudales de permeación, que es un índice para la resistencia a la presión, es baja. En el Ejemplo Comparativo 12, puesto que la temperatura del tratamiento de recocido mediante agua caliente es alta en las etapas tanto primera como segunda, la estructura de membrana de la capa de no se puede mantener y, puesto que además la capa densa está demasiado densificada, la permeabilidad al agua es baja, con lo que la permeabilidad al agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz es baja. En el Ejemplo Comparativo 13, aunque la concentración de polímero de la laca es baja, la temperatura del tratamiento de recocido mediante agua caliente está dentro de un intervalo apropiado y, aunque la permeabilidad al agua y la propiedad de rechazo de sal debida a la presión son buenas, la estructura de una capa de soporte de un estado de conexión altamente comunicativa no se puede mantener debido a que el tratamiento de recocido mediante agua caliente se realiza en una etapa, con lo que la permeabilidad al agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz es baja. Esto es presumiblemente debido a que la polarización de la concentración en la capa de soporte es grande. En el Ejemplo Comparativo 14, puesto que la concentración de polímero de la laca es baja, el grado de rechazo de sal es bajo y, puesto que además el tratamiento de recocido mediante agua caliente se realiza en una etapa, la permeabilidad al agua utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz es baja.
Aplicabilidad industrial
La membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de la presente invención se diseña a fin de conseguir una alta propiedad de permeación de agua de la membrana y un alto caudal de permeación utilizando la diferencia de concentración en sal como una fuerza motriz debido a la alta selectividad para agua y sal. Según esto, es muy útil en un campo tal en el que se genere energía utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz.
Claims (5)
1. Una membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de triacetato de celulosa (CTA) que se caracteriza por que, cuando una disolución acuosa de 25 °C que tiene una concentración de cloruro sódico de 35 g/l y una presión de 1,0 MPa se hace fluir por y se pone en contacto con una cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA que tiene una longitud de aproximadamente 70 cm mientras agua dulce de 25 °C que tiene una concentración de cloruro sódico de 0 g/l se hace fluir por una cara interna de un extremo abierto de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA y se descarga desde otro extremo abierto a 10 kPa o menos, el caudal de permeación es de 30 a 70 l/m2/día,
en donde dicho caudal de permeación se mide bajo una condición tal que el doble del caudal de permeación que fluye desde la cara interna hasta la cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA utilizando la diferencia de concentración como una fuerza motriz sea igual a un caudal que fluye por la cara externa de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA y que el caudal descargado desde la cara interna de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA sea igual a 10% de dicho caudal de permeación; la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA se caracteriza además por que,
cuando una disolución acuosa que tiene una concentración de cloruro sódico de 1,5 g/l se filtra desde la cara externa hasta la cara interna de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA a 25 °C y bajo una presión de 3,0 MPa, la relación (relación de caudales de permeación) del valor del caudal de permeación después de 24 horas a su valor después de 1 hora es de 0,85 a 1,0; que el diámetro externo de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA es de 100 a 280 pm; que su diámetro interno es de 50 a 200 pm; y que su relación de huecos es de 24 a 42%.
2. Un método para fabricar la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA según la reivindicación 1, que comprende las etapas de:
descargar una laca en un líquido coagulante desde una tobera a través de un espacio libre para coagular, seguido por lavado,
en donde la laca comprende triacetato de celulosa, N-metil-2-pirrolidona, etilenglicol y un ácido orgánico; y tratar la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca resultante al sumergir en agua de 40 a 80 °C y tratar adicionalmente al sumergir en agua de 85 a 99,5 °C.
3. Un módulo de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca, caracterizado por que la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA según la reivindicación 1 se incorpora en el mismo.
4. Un método de tratamiento de agua que comprende las etapas de: introducir una disolución acuosa que tiene alta concentración en el módulo de membrana semipermeable de tipo de fibra hueca según la reivindicación 3; poner en contacto la disolución acuosa que tiene alta concentración con una disolución acuosa que tiene baja concentración a través de la membrana semipermeable de tipo de fibra hueca de CTA; y permitir que se permee agua desde la disolución acuosa de baja concentración hasta la disolución acuosa de alta concentración.
5. El método para el tratamiento de agua según la reivindicación 4, en el que la presión de la disolución acuosa que tiene alta concentración a la salida del módulo es de 0,5 a 3,0 MPa, y en el que la presión osmótica de la disolución acuosa de baja concentración no es mayor de 0,3 MPa.
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