ES2856328T3 - Una membrana de ósmosis inversa de compuesto de película delgada modificada y usos de la misma - Google Patents
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Abstract
Una membrana de ósmosis inversa de compuesto de película delgada modificada (TFC) que comprende un soporte de polisulfona y una capa ultradelgada de poliamida formada sobre dicho soporte, en donde la capa ultradelgada de poliamida se forma mediante la reacción de amina(s) polifuncional(es) en el intervalo de 2-3 % (p/v) y cloruro(s) de ácido polifuncional(es) en el intervalo de 0,1-0,125 % (p/v) seguido de un postratamiento de la membrana TFC naciente con una solución acuosa que contiene metacrilato de sulfopropilo en la concentración de 2x10-2 mol/L, metilen-bis-acrilamida en la concentración de 9,5x10-3 mol/L, alcohol polivinílico en la concentración de 2x10-2 mol/L, ácido nítrico en la concentración de 2x10-2 mol/L y nitrato de amonio cérico en la concentración de 2x10-3 mol/L durante 15 minutos a temperatura ambiente para mejorar la resistencia a la contaminación y la estabilidad al cloro en comparación con la de la membrana TFC preparada sin el postratamiento mencionado anteriormente.
Description
DESCRIPCIÓN
Una membrana de osmosis inversa de compuesto de película delgada modificada y usos de la misma
Campo de la invención
La presente descripción se refiere a una membrana de ósmosis inversa de compuesto de película delgada modificada y a un proceso para su preparación. Particularmente, la presente descripción proporciona un proceso para la preparación de una membrana de ósmosis inversa (RO) de compuesto de película delgada de baja contaminación (TFC) con resistencia mejorada al cloro.
Antecedentes de la invención
La disponibilidad de agua potable para usos en la civilización humana se está reduciendo con el aumento de la población y la expansión en la urbanización y la industrialización. Según las estimaciones de la ONU, casi una quinta parte de la población mundial vive en áreas de escasez física de agua. Aunque las dos terceras partes de la Tierra es agua, solo alrededor del 2,5 por ciento es agua dulce. Por lo tanto, para satisfacer la demanda creciente de agua dulce, la desalinización por membrana del agua de mar y el agua salobre se ha reconocido como la tecnología prometedora debido a la limpieza tecnológica implicada en el proceso y a la menor naturaleza intensiva energética. Las membranas de ósmosis inversa ahora se aceptan mundialmente por tener el potencial para enfrentar este enorme desafío. El rendimiento de la membrana es la clave para la operación exitosa de la planta de ósmosis inversa. Las membranas de alto flujo y alta resistencia a sales son convenientes para una operación efectiva del sistema. Las membranas de ósmosis inversa de compuesto de película delgada de poliamida totalmente aromática que son capaces de suministrar un alto flujo y resistencia a sales están disponibles en el mercado de diferentes fabricantes, pero son pocas en número. También hay varios informes publicados en revistas y patentes sobre la preparación y el rendimiento de las membranas de TFC.
Se pueden hacer referencias al documento US3926798, en donde John E. Cadotte en el año 1974 reivindicó un proceso para fabricar una membrana de ósmosis inversa compuesta por recubrimiento de una membrana de polisulfona microporosa con una solución acuosa de alcohol furfurílico y un catalizador ácido capaz de polimerizar el alcohol furfurílico mediante tratamiento térmico.
Se pueden hacer referencias al documento US4277344, en donde John E. Cadotte en el año 1979 describió un proceso para fabricar membranas de ósmosis inversa de poliamidas aromáticas, polimerizadas interfacialmente y entrecruzadas, particularmente poli(fenilendiamina-trimesamida) por sus buenas características de flujo y de resistencia a sales.
Se pueden hacer referencias al documento US7815987B2, en donde se informó un método de recubrimiento de una membrana compuesta con compuestos de polialquilenóxido y poliacrilamida para mejorar la resistencia a la contaminación.
Se pueden hacer referencias al documento US6171497, en donde se describió la preparación de membranas de ósmosis inversa de alto flujo mediante el tratamiento de membranas de poliamida con cloro como agente oxidante. La resistencia a sales >99 % y el flujo de agua de 1,5 m3/m2 por día o superior, se evaluó mediante el uso de una solución de cloruro de sodio de 500 ppm a pH 6,5, temperatura 25 °C, presión 7,5 kgfcm-2.
Se pueden hacer referencias al documento US4894165, en donde se informó que el recubrimiento con un polímero de adición de vinilo mejora la resistencia a sales de las membranas de ósmosis inversa de poliamida.
Incluso se pueden hacer referencias al documento US4454176, en donde se reveló un proceso para preparar una membrana de ósmosis inversa mediante el recubrimiento de poliamida aromática, solvente y sales sobre tela de poliéster o de poliamida aromática tejida, sin encolar, como soporte poroso.
Se pueden hacer referencias al documento US2009/ 0050558A1, en donde se ha revelado un proceso para producir una membrana de ósmosis inversa. La patente reivindica el proceso de recubrimiento para la preparación continua de membranas de ósmosis inversa.
Se pueden hacer referencias al documento US8029857, en donde se ha descrito un proceso para producir una estructura de soporte de micro y nanocompuestos (membrana porosa) para membranas de ósmosis inversa. Se agregan nanopartículas a la membrana de soporte durante la fundición. La membrana de ósmosis inversa resultante obtenida después de recubrir la membrana de soporte de micro y nanocompuestos produjo una membrana con mayor resistencia a la compactación en comparación con la que no tiene tal partícula.
Se pueden hacer referencias al documento US7658872, en donde se describe un proceso para mejorar la permeabilidad de la membrana de ósmosis inversa ya preparada mediante el tratamiento con sales de nitratos de organo-amonio.
Se pueden hacer referencias al documento IN244150, donde se ha descrito el método para la preparación de membranas compuestas mediante el uso diferentes tipos de aminas y cloruros de ácido.
Se pueden hacer referencias al documento 'Journal of Membrane Science 2010, 348(1-2), 268-276' en donde Liu, M y otros informó sobre el "Impacto de la técnica manual en el rendimiento de la desalinización del agua de mar de membranas de ósmosis inversa de poliamida-uretano compuestas de una película delgada y sus elementos enrollados en espiral".
Se pueden hacer referencias al 'Journal of Membrane Science 2008, 311 (1-2), 34-45, donde Ghosh, A.K. y otros informaron el efecto de las condiciones de reacción interfacial sobre las propiedades de la membrana de ósmosis inversa.
Se pueden hacer referencias a 'Journal of Membrane Science 2008, 311 (1-2), 34-45, donde Ghosh, A.K. y Hoek E.M.V. informaron el efecto de la estructura de la membrana de soporte y la química en las propiedades de la membrana compuesta.
La técnica anterior tiene muchos inconvenientes como los siguientes. Ninguna de las patentes proporcionadas más arriba en la técnica anterior cubre el proceso completo para la fabricación de membranas de compuesto de película delgada, el que implica específicamente tres etapas: i) la preparación de la membrana de soporte porosa de polisulfona, ii) la preparación de la capa activa de poliamida ultradelgada en la parte superior del soporte poroso de polisulfona y finalmente, iii) la modificación de la superficie con polímeros hidrófilos adecuados. Además, los resultados que se informaron se basaron en los experimentos que se llevaron a cabo en lotes a niveles de escala muy pequeños, donde fue posible variar un solo parámetro a la vez mientras se mantenían las otras variables constantes. Sin embargo, el proceso continuo de preparación a gran escala de la membrana compuesta implica la variación de más de un parámetro a la vez. Por ejemplo, en la preparación del soporte poroso de polisulfona, cuando varía la velocidad de fundición, existe una posibilidad de que la variación en la solución de polímero tome tiempo en la tela, espacio de desplazamiento aéreo antes de entrar en el baño de gelificación, esfuerzo cortante, etc. Estas variables, a su vez, tendrán un efecto considerable sobre las propiedades del soporte poroso de polisulfona, como el tamaño de los poros y la porosidad, con el efecto concomitante sobre el rendimiento de la membrana de TFC. De manera similar, en la preparación de la capa activa de poliamida sobre el soporte poroso, las variaciones en tándem en el tiempo de contacto con las soluciones monoméricas, el tiempo de reacción entre los monómeros, el tiempo de curado de la capa activa de poliamida naciente deben optimizarse para producir la membrana con el rendimiento de separación deseado. Por tanto, el requisito principal es una única patente en la que el proceso cubra todos los aspectos de la preparación de membranas compuestas en una producción comercial.
La solicitud de patente núm. 1027DEL2012 describe la preparación de membranas de TFC con propiedades antimicrobianas inherentes. Las membranas de TFC se prepararon mediante la reacción entre MPD o mezcla de MPD melamina y cloruro de ácido piridintricarboxílico o mezcla de cloruro de ácido piridintricarboxílico TMC. Las membranas preparadas mostraron una propiedad antibiocontaminación superior en comparación con las membranas de TFC convencionales preparadas mediante la reacción de TMC y MPD. Por tanto, el objeto principal de dicha solicitud de patente era preparar membranas con actividad antimicrobiana intrínseca. La capacidad de resistencia a la contaminación orgánica y la propiedad de resistencia al cloro de las membranas no se describieron en dicha solicitud de patente.
Kim JH y otros, "Surface modification of nanofiltration membranes to improve the removal of organic micro-pollutants (EDCs and PhACs) in drinking water treatment: Graft polymerization and cross-linking followed by functional group substitution"; Journal of Membrane Science, Elsevier Scientific Publ. Company, vol. 321, núm. 2, 15 de agosto de 2008, páginas 190-198, XP022820458 describe la modificación química de la membrana de nanofiltración (NF) de poliamida (PA) de compuesto de película delgada (TFC) para mejorar su capacidad de resistencia a microcontaminantes orgánicos seleccionados, categorizados como sustancias químicas disruptoras endocrinas (EDC) y compuestos farmacéuticamente activos (PhAC): bisfenol-A (BPA), ibuprofeno y ácido salicílico.
Belfer S y otros, "Surface modification of commercial composite polyamide reverse osmosis membranes"; Journal of Membrane Science, Elsevier Scientific Publ. Company, vol. 139, núm. 2, 18 de febrero de 1998, páginas 175-181, XP004108740 describe el injerto de dos monómeros, el ácido metacrílico y el metacrilato de polietilenglicol, sobre membranas de ósmosis inversa de poliamida compuesta.
El documento EP0432358 describe una membrana de ósmosis inversa que tiene una resistencia mejorada al ácido sulfúrico y/o al isopropanol.
En la presente descripción se describe el proceso completo para fabricar una membrana de ósmosis inversa de compuesto de película delgada de manera continua a niveles de producción a escala comercial mediante el uso maquinaria semiautomatizada. La descripción cubre: i) el proceso para la preparación continua de un soporte poroso de
polisulfona que tenga las propiedades requeridas, ii) el proceso para la preparación continua de la capa activa de poliamida en la parte superior del soporte poroso de polisulfona, iii) el proceso para la modificación superficial de la membrana de compuesto de película delgada para mejorar la resistencia a la contaminación.
Objetivo de la invención
El objeto principal de la presente invención es proporcionar una membrana de ósmosis inversa de compuesto de película delgada modificada.
Sumario de la invención
Un primer aspecto de la presente invención proporciona una membrana de ósmosis inversa de compuesto de película delgada modificada (TFC) que comprende un soporte de polisulfona y una capa ultradelgada de poliamida formada sobre dicho soporte, en donde la capa ultradelgada de poliamida se forma mediante la reacción de amina(s) polifuncional(es) en el intervalo de 2-3 % (p/v) y cloruro(s) de ácido(s) polifuncional(es) en el intervalo de 0,1-0,125 % (p/v) seguido de un postratamiento de la membrana TFC naciente con una solución acuosa que contiene metacrilato de sulfopropilo en la concentración de 2x10-2 mol/L, metilen-bis-acrilamida en la concentración de 9,5x10-3 mol/L, alcohol polivinílico en la concentración de 2x10-2 mol/L, ácido nítrico en la concentración de 2x10-2 mol/L, y nitrato de amonio cérico en la concentración de 2x10-3 mol/L durante 15 minutos a temperatura ambiente para mejorar la resistencia a la contaminación y la estabilidad al cloro en comparación con la membrana TFC preparada sin el postratamiento mencionado anteriormente.
En una modalidad de la presente invención, la amina polifuncional usada es m-fenilendiamina.
En una modalidad de la presente invención, el cloruro de ácido polifuncional usado es cloruro de trimesoilo (p/v).
Aún en otra modalidad de la presente invención, dicha membrana se caracteriza por un 96-97,5 % de resistencia a sales y un 38-67,6 LM'2H'1 de flujo con una solución de cloruro de sodio de 2200 ppm a una presión de 250 psi. En otro aspecto de la invención se proporciona el uso de la membrana de ósmosis inversa de compuesto de película delgada modificada, en la purificación de agua salobre.
En otro aspecto de la invención se proporciona el uso de la membrana de ósmosis inversa de compuesto de película delgada modificada, en la purificación de agua de alta salinidad.
Breve descripción de los dibujos
Figura 1. Comparación entre la superficie de la membrana modificada y sin modificar; la figura muestra una micrografía de superficie electrónica de barrido de una membrana TFC modificada y sin modificar; la membrana TFC modificada mostró tener una estructura menos abierta.
Figura 2. Efecto de la modificación sobre el rendimiento de la membrana TFC; las membranas modificadas mostraron una menor disminución del flujo y una naturaleza más estable en comparación con las membranas no modificadas.
Figura 3: Representación esquemática de una unidad de fundición de membrana de soporte de polisulfona típica. La unidad de fundición de membrana de soporte PSF consiste en: i) tanque de solución de polímero ii) unidad de rodillo de tela y cuchilla de fundición iii) baño de gelificación iv) accionamiento de arrastre de membrana y v) rodillo de embobinado de membrana.
La figura 4 representa el diagrama esquemático para la preparación de la capa ultradelgada de poliamida en la parte superior del soporte de polisulfona mediante el proceso de polimerización interfacial. La unidad de preparación de la capa de poliamida consiste en: i) rodillo de desenrollado de la membrana de soporte PSF, ii) baño de solución de m-fenilendiamina, iii) baño de solución de cloruro de trimesilo, iv) zona de secado al aire de la membrana TFC, v) zona de curado de la membrana TFC, vi) rodillo de embobinado de la membrana TFC.
Descripción detallada de la invención
La presente descripción proporciona un proceso para la preparación de una membrana de ósmosis inversa (RO) de compuesto de película delgada (TFC) de baja contaminación con resistencia al cloro mejorada en dos etapas mediante el uso de la maquinaria semiautomática que se diseñó y fabricó en el laboratorio para fabricar membranas a niveles de producción a escala comercial. La primera etapa en el proceso es la preparación del soporte poroso de polisulfona que tiene un grosor de aproximadamente 30-40 micras sobre una tela de poliéster no tejida mediante el uso de una unidad de fundición semiautomática. El soporte poroso de polisulfona podría prepararse de acuerdo con el método de inversión de fase húmeda a una escala de 1 m de ancho x 100-500 de longitud a una velocidad de 2-10 metros/min. La capa activa separadora de sal que contiene una capa de matriz compuesta por poliamida y polimetacrilato de aproximadamente 150-200 nm de grosor sobre el soporte poroso de polisulfona se preparó luego mediante polimerización interfacial in situ de diamina en agua que tiene 2-5 % del monómero de dimetilformamida y metacrilato,
que tiene un grupo funcional hidrófilo como ácido sulfónico, ácido carboxílico, hidroxi o ácido fosfónico y cloruro de trimesilo en hexano que contiene dimetilsulfóxido bajo condiciones optimizadas, seguido de curado térmico a 60-700 °C. La presente descripción proporciona además el proceso para fabricar la membrana compuesta con una resistencia a la contaminación mejorada mediante la modificación de la superficie de la membrana con una capa delgada de polímeros que contienen un grupo funcional hidrófilo como ácido sulfónico, ácido carboxílico, hidroxi, ácido fosfónico u otro grupo funcional que pueda minimizar la contaminación de la membrana. Tales membranas mostraron un 95-97,5 % de resistencia al NaCl con un flujo de agua de 45-65 litros/m2.h. para la desalinización del agua salobre para aplicaciones domésticas, así como aplicaciones a gran escala. La presente descripción se refiere además al desarrollo de una membrana de ósmosis inversa para el tratamiento del agua de mar que suministra agua a una velocidad conveniente, es decir, 40-50 litros/m2.h y se puede hacer potable mediante el pulido de la membrana en la segunda etapa.
La presente descripción se refiere al proceso para la preparación de una membrana de ósmosis inversa de poliamida de compuesto de película delgada de baja contaminación con una resistencia al cloro mejorada mediante polimerización interfacial in situ entre dos monómeros específicamente diamina en agua y cloruro de ácido hexano que son mutuamente inmiscibles, y la reacción de polimerización que tiene lugar en la interfase. La m-fenilendiamina (MPD), el cloruro de trimesilo (TMC) se usan como diamina y cloruro de ácido respectivamente. La dimetilformamida (DMF) se usa como aditivo en la solución de TMC; el dimetilsulfóxido (DMSO) y el glicerol se usan como aditivos en la solución de MPD. La membrana de polisulfona que se usa como soporte para la membrana TFC se prepara a partir de una solución de polisulfona al 14 % sin aditivos. La membrana de polisulfona se funde sobre tela de poliéster NTS-100 de Nordlys. La preparación completa de la membrana de ósmosis inversa implicó la preparación de la membrana de soporte, el recubrimiento de la membrana de soporte con una capa activa de poliamida ultradelgada, el postratamiento y finalmente el recubrimiento con una capa de polimetacrilato hidrófilo para mejorar la propiedad anticontaminante y la resistencia al cloro. Hay varios parámetros que influyen en las propiedades de la membrana y estos se optimizan en cada etapa para finalmente producir una membrana con las propiedades y rendimientos deseados. El diseño y los parámetros de la máquina, la química y los parámetros de ingeniería están optimizados a nivel comercial y, por lo tanto, pueden implementarse inmediatamente a niveles de producción a gran escala comercial. Las membranas de compuesto de película delgada preparadas siguiendo el método descrito en la presente descripción son capaces de producir un flujo de 45-65 Lm-2h-1 y una resistencia de 95-97,5 % cuando se evalúan con una solución de cloruro de sodio (NaCl) de 2000-10000 ppm a una presión de 250-400 psi y un flujo de 46 Lm-2h-1 y 95 % de resistencia cuando se evalúan con una solución de cloruro de sodio (NaCl) de 35 000 ppm a una presión de 900 psi. Estos resultados se obtienen consistentemente a nivel de un módulo de 8" de diámetro x 40" de longitud y de un módulo de 8" de diámetro x 40" de longitud.
En la presente descripción, se ha usado la siguiente terminología como:
Flujo de membrana: Indica el volumen de agua que atraviesa (que sale) del 1 m2 de la membrana por hora (L/m2.h)
Valor de MWCO (corte de peso molecular): Indica el peso molecular más bajo del polímero o de cualquier soluto para el cual la membrana exhibe más del 90 % de resistencia cuando se prueba mediante el uso de la solución del polímero o del soluto. Las unidades son kDa (Kilo Daltons) o Da (Daltons).
La solución de MPD sobre la membrana de soporte PSF y el tiempo de reacción interfacial en el baño de TMC a 30 s. Existe una disposición para compensar el volumen de TMC en lotes para mantener el volumen constante.
La presente descripción proporciona un proceso para la preparación de una membrana polimérica de ósmosis inversa de alto flujo y alta resistencia a sales que comprende las etapas de:
Etapa 1: Fabricación de membranas de soporte de polisulfona
Se preparó una solución de polisulfona del 13 al 15 % p/p mediante la disolución de la cantidad requerida del polímero en DMF con agitación constante en el intervalo de 1400 a 1600 rpm a una temperatura en el intervalo de 80 a 100 °C durante un período de 3 a 4 horas hasta preparar una solución de fundición transparente; La solución de PSF se dejó durante la noche para que alcanzara la temperatura ambiente y también para eliminar las burbujas de aire.
La solución de PSF así preparada se fundió sobre una tela de poliéster en movimiento, a saber, NTS-100, Hollytex-3265, Hollytex-3329, a una velocidad de fundición de 3-6 m/min mediante el uso de una unidad de fundición de membrana continua semiautomática de acuerdo con el proceso de inversión de fase. La disposición completa de la máquina para fabricar la membrana de soporte de PSF se muestra en la Figura 1.
La unidad de fundición consiste en: i) una cámara cerrada para mantener la humedad y la temperatura requeridas en donde se dispone la configuración de fundición que consiste en la tela, la cuchilla de fundición con micrómetros, el recinto de la solución de polímero; ii) un tanque para baño de gelificación; iii) rodillos guías en lugares apropiados, y iv) un rodillo de embobinado que está conectado a un motor que a su vez está interconectado con un dispositivo controlado por ordenador que es capaz de mantener la velocidad establecida durante todo el proceso.
La composición del baño de gelificación estuvo en el intervalo de 2 a 10 % de DMF y 0,1 % de lauril sulfato de sodio (SLS) en agua.
El grosor de la membrana de PSF se ajustó con precisión mediante el mantenimiento de un espacio entre la cuchilla de fundición y el soporte de tela en el intervalo de 110-150 pm con los micrómetros de profundidad digitales que estaban unidos en ambos extremos de la cuchilla de fundición.
La humedad dentro de la cámara de fundición se mantuvo de 15 a 25 % y la temperatura se mantuvo a 30-35 °C mediante soplado de aire seco caliente.
La membrana de PSF así fabricada se lavó con agua RO caliente y agua normal para eliminar el solvente y el tensioactivo. Después del lavado, se drenó el agua del rollo de membrana mediante el mantenimiento de la función de la membrana en una posición vertical y luego por fuerza centrífuga mediante el uso de una unidad accionada por motor y preparada para la segunda etapa de uso.
Etapa 2: Preparación de la capa activa de poliamida sobre soporte de PSF
Se preparó una solución de cloruro de ácido mediante la disolución de 0,1-0,15 % p/v de cloruro de trimesilo (TMC) en hexano. La solución de diamina se preparó mediante la disolución de m-fenilendiamina (MPD) al 2-3 % p/v, monómero de metacrilato (0-2 %), glicerol al 0,4-1,0 % v/v y dimetilsulfóxido (DMSO) al 05-1,0 % v/v en agua RO.
La membrana de polisulfona que se preparó siguiendo el procedimiento mencionado en la etapa 1 se recubrió con una película delgada de poliamida en condiciones optimizadas mediante el uso de una máquina de recubrimiento continuo semiautomática. El recubrimiento de la película delgada de poliamida se llevó a cabo mediante la polimerización interfacial en la que se hizo reaccionar diamina en solución acuosa con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosa-orgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. Los detalles de la máquina con la descripción de las etapas se muestran secuencialmente en la Figura 2.
El rodillo de soporte de polisulfona, como se preparó en la etapa 1, se fijó al rodillo de desenrollado en un lado de la unidad de recubrimiento de poliamida y la parte inicial se unió al rodillo de embobinado en el otro extremo.
El soporte de polisulfona se desplaza unos 2 metros bajo el aire forzado para eliminar el exceso de agua de la superficie, antes de entrar en el primer baño de solución reactiva.
La solución de MPD se bombeó sobre una membrana de soporte de PSF en desplazamiento de tal manera que el tiempo de residencia de la solución es de aproximadamente 20-40 s.
La membrana de soporte de PSF con MPD en la superficie superior se desplaza durante 2-4 minutos en el aire antes de entrar al baño de TMC. Durante este período, el exceso de la solución de MPD que estaba presente en la superficie de polisulfona se eliminó mediante una cuchilla de aire y se aseguró la presencia de una capa delgada de la solución de amina en la superficie de la membrana de soporte de PSF.
El soporte de PSF drenado de forma óptima se pasó a través de una solución de TMC con un tiempo de residencia de 20-60 s. Durante este período, la amina que estaba presente en el soporte de PSF se hizo reaccionar con TMC en hexano en la interfase acuosa-orgánica para formar la capa delgada de la película de poliamida sobre el soporte de PSF.
La membrana se arrastró a una velocidad constante mediante el uso de una unidad única controlada por ordenador capaz de mantener la velocidad establecida durante todo el proceso.
La velocidad de arrastre de la membrana se fijó en 0,3 m min.1 y, por lo tanto, se mantuvo el tiempo de residencia de 20 s de la solución de MPD en la membrana de soporte de PSF y el tiempo de reacción interfacial en el baño de TMC a 30 s. Existe una disposición para compensar el volumen de TMC en lotes para mantener el volumen constante.
La membrana TFC naciente después de salir del baño de TMC se desplaza durante 5 a temperatura ambiente y luego entra a la zona de curado.
La temperatura de curado de la membrana TFC se mantuvo a 50-65 °C y el tiempo total de curado fue de 90 segundos. En la etapa final, la membrana se enrolló y se lavó como se describió en la siguiente etapa.
Etapa 3: Postratamiento y conservación de la membrana TFC
El rollo de membrana TFC se sumergió en una solución acuosa de ácido cítrico al 2 % durante 10-30 min y se lavó mediante desenrollamiento y embobinado dos veces mediante el uso de una disposición mecánica y se lavó con un chorro de agua. Después de drenar el exceso de agua, la membrana TFC se pasó a través de una solución acuosa de glicerol al 10 % (v/v) que contenía metabisulfito de sodio al 1,0 % (p/v) y se secó a 45 °C en línea. Finalmente, la
membrana TFC se recubrió con una capa delgada de un polímero que contiene un grupo funcional hidrófilo mediante el tratamiento con la solución que contiene 1-4 % del monómero de metacrilato que contiene un grupo funcional hidrófilo como SO3H, monómero reticulante metilen-bis-acrilamida, (iv) sal de nitrato/sulfato de amonio cérico y alcohol polivinílico en presencia de ácido nítrico. Esta membrana se almacenó y/o se usó para la fabricación de módulos.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos se proporcionan solo con fines ilustrativos y, por lo tanto, no deben interpretarse como limitantes del alcance de la presente invención.
Ejemplo 1 (membrana UF preparada a partir de polisulfona únicamente)
Se disuelve polisulfona (14 %, p/p) en dimetilformamida (86 %, p/p) con una velocidad de agitación constante de 1400 rpm a una temperatura de 80 °C durante 4 horas para preparar una solución de fundición transparente y de color amarillo claro. La solución se funde sobre tela Nordlys TS100 suministrada por Filtration Science Corporation, Francia en una cámara cerrada. El grosor de la fundición húmeda entre la tela y la punta de la cuchilla de fundición se mantiene a 125 pm mediante el uso de los micrómetros fijados en ambos extremos de la cuchilla de fundición. La humedad dentro de la cámara se mantiene al 16 %, la temperatura se mantiene a 32 °C. La temperatura ambiente es de 27 °C; la temperatura del baño de gelificación es de 26 °C. La composición del baño de gelificación es DMF al 1,9 % (v/v), lauril sulfato de sodio (SLS) al 0,1 % (p/v) en agua. La longitud de la fundición de la membrana es de 80 m. La velocidad de fundición es de 4 m min-1. La velocidad de fundición se mantiene mediante una unidad de control computarizada que proporciona una velocidad de arrastre compensada por el diámetro del rodillo. La Tabla 1 muestra las características y el rendimiento de la membrana de soporte de PS.
TABLA 1: Propiedades y rendimiento de la membrana UF
Ejemplo 2 (membrana UF preparada a partir de polisulfona únicamente)
Se disuelve polisulfona (14 %, p/p) en dimetilformamida (86 %, p/p) con una velocidad de agitación constante de 1400 rpm a una temperatura de 75 °C durante 4 horas para preparar una solución de fundición transparente de color amarillo dorado. La solución se vierte sobre tela Nordlys TS100 en una cámara cerrada. El grosor de la fundición húmeda se mantiene a 130 pm mediante el uso de un micrómetro fijado con la cuchilla de fundición. La humedad dentro de la cámara se mantiene al 16 %, la temperatura se mantiene a 32 °C. La temperatura ambiente es de 27 °C; la temperatura del baño de gelificación es de 26 °C. La composición del baño de gelificación es DMF al 1,9 % (v/v), SLS al 0,1 % (p/v) en agua. La longitud de la fundición de la membrana es de 80 m. La velocidad de fundición es de 4 m min-1. La velocidad de fundición se mantiene mediante una unidad de control computarizada que proporciona una velocidad de arrastre compensada por el diámetro del rodillo. La Tabla 2 muestra las características y el rendimiento de la membrana de PS.
TABLA 2: Propiedades y rendimiento de la membrana UF
Ejemplo 3 (membrana UF preparada a partir de polisulfona únicamente)
Se disuelve polisulfona (14 %, p/p) en dimetilformamida (86 %, p/p) con una velocidad de agitación constante de 1400 rpm a una temperatura de 75 °C durante 4 horas para preparar una solución de fundición transparente de color amarillo dorado. La solución se vierte sobre tela Nordlys TS100 en una cámara cerrada. El grosor de la fundición húmeda se mantiene a 135 pm mediante el uso de un micrómetro fijado con la cuchilla de fundición. La humedad dentro de la cámara se mantiene al 16 %, la temperatura se mantiene a 32 °C. La temperatura ambiente es de 27 °C; la temperatura del baño de gelificación es de 26 °C. La composición del baño de gelificación es DMF al 1,9 % (v/v), SLS al 0,1 % (p/v) en agua. La longitud de la fundición de la membrana es de 80 m. La velocidad de fundición es de 4 m min-1. La velocidad de fundición se mantiene mediante una unidad de control computarizada que proporciona una velocidad de arrastre compensada por el diámetro del rodillo. La Tabla 3 muestra las características y el rendimiento de la membrana de PS.
TABLA 3: Propiedades y rendimiento de la membrana UF
Ejemplo 4 (membrana UF preparada a partir de polisulfona únicamente)
Se disuelve polisulfona (14 %, p/p) en dimetilformamida (86 %, p/p) con una velocidad de agitación constante de 1400 rpm a una temperatura de 75 °C durante 4 horas para preparar una solución de fundición transparente de color amarillo dorado. La solución se vierte sobre tela Nordlys TS100 en una cámara cerrada. El grosor de la fundición húmeda se mantiene a 120 pm mediante el uso de un micrómetro fijado con la cuchilla de fundición. La humedad dentro de la cámara se mantiene al 16 %, la temperatura se mantiene a 32 °C. La temperatura ambiente es de 27 °C; la temperatura del baño de gelificación es de 26 °C. La composición del baño de gelificación es DMF al 1,9 % (v/v), SLS al 0,1 % (p/v) en agua. La longitud de la fundición de la membrana es de 80 m. La velocidad de fundición es de 4 m min-1. La velocidad de fundición se mantiene mediante una unidad de control computarizada que proporciona una velocidad de arrastre compensada por el diámetro del rodillo. La Tabla 4 muestra las características y el rendimiento de la membrana de PS.
TABLA 4: Propiedades y rendimiento de la membrana UF
Ejemplo 5 (membrana UF preparada a partir de polisulfona únicamente)
Se disuelve polisulfona (14,5 %, p/p) en dimetilformamida (85,5 %, p/p) con una velocidad de agitación constante de 1400 rpm a una temperatura de 75 °C durante 4 horas para preparar una solución de fundición transparente de color amarillo dorado. La solución se vierte sobre tela Nordlys TS100 en una cámara cerrada. El grosor de la fundición húmeda se mantiene a 110 pm mediante el uso de un micrómetro fijado con la cuchilla de fundición. La humedad dentro de la cámara se mantiene al 16 %, la temperatura se mantiene a 32 °C. La temperatura ambiente es de 27 °C; la temperatura del baño de gelificación es de 26 °C. La composición del baño de gelificación es DMF al 1,9 % (v/v), SLS al 0,1 % (p/v) en agua. La longitud de la fundición de la membrana es de 80 m. La velocidad de fundición es de 4 m min-1. La velocidad de fundición se mantiene mediante una unidad de control computarizada que proporciona una velocidad de arrastre compensada por el diámetro del rodillo. La Tabla 5 muestra las características y el rendimiento de la membrana de PS.
TABLA 5: Propiedades y rendimiento de la membrana UF
Ejemplo 6 (membrana UF preparada a partir de polisulfona únicamente)
Se disuelve polisulfona (15 %, p/p) en dimetilformamida (86 %, p/p) a una velocidad de agitación constante de 1400 rpm a una temperatura de 75 °C durante 4 horas para preparar una solución de fundición transparente de color amarillo dorado. La solución se vierte sobre tela Nordlys TS100 en una cámara cerrada. El grosor de la fundición húmeda se mantiene a 125 pm mediante el uso de un micrómetro fijado con la cuchilla de fundición. La humedad dentro de la cámara se mantiene al 16 %, la temperatura se mantiene a 32 °C. La temperatura ambiente es de 27 °C; la temperatura del baño de gelificación es de 26 °C. La composición del baño de gelificación es DMF al 1,9 % (v/v), SLS al 0,1 % (p/v) en agua. La longitud de la fundición de la membrana es de 80 m. La velocidad de fundición es de 4 m min-1. La velocidad de fundición se mantiene mediante una unidad de control computarizada que proporciona una velocidad de arrastre compensada por el diámetro del rodillo. La Tabla 6 muestra las características y el rendimiento de la membrana de PS.
TABLA 6: Propiedades y rendimiento de la membrana UF
Ejemplo 7 (membrana UF preparada a partir de polisulfona únicamente)
Se disuelve polisulfona (15 %, p/p) en dimetilformamida (86 %, p/p) a una velocidad de agitación constante de 1400 rpm a una temperatura de 75 °C durante 4 horas para preparar una solución de fundición transparente de color amarillo dorado. La solución se vierte sobre tela Nordlys TS100 en una cámara cerrada. El grosor de la fundición húmeda se mantiene a 130 pm mediante el uso de un micrómetro fijado con la cuchilla de fundición. La humedad dentro de la cámara se mantiene al 16 %, la temperatura se mantiene a 32 °C. La temperatura ambiente es de 27 °C; la temperatura del baño de gelificación es de 26 °C. La composición del baño de gelificación es DMF al 1,9 % (v/v), SLS al 0,1 % (p/v) en agua. La longitud de la fundición de la membrana es de 80 m. La velocidad de fundición es de 4 m min-1. La velocidad de fundición se mantiene mediante una unidad de control computarizada que proporciona una velocidad de arrastre compensada por el diámetro del rodillo. La Tabla 7 muestra las características y el rendimiento de la membrana de PS.
TABLA 7: Propiedades y rendimiento de la membrana UF
Ejemplo 8 (membrana UF preparada a partir de polisulfona únicamente)
Se disuelve polisulfona (15 %, p/p) en dimetilformamida (86 %, p/p) a una velocidad de agitación constante de 1400 rpm a una temperatura de 75 °C durante 4 horas para preparar una solución de fundición transparente de color amarillo dorado. La solución se vierte sobre tela Nordlys TS100 en una cámara cerrada. El grosor de la fundición húmeda se mantiene a 120 pm mediante el uso de un micrómetro fijado con la cuchilla de fundición. La humedad dentro de la cámara se mantiene al 16 %, la temperatura se mantiene a 32 °C. La temperatura ambiente es de 27 °C; la temperatura del baño de gelificación es de 26 °C. La composición del baño de gelificación es DMF al 1,9 % (v/v), SLS al 0,1 % (p/v) en agua. La longitud de la fundición de la membrana es de 80 m. La velocidad de fundición es de 4 m min-1. La velocidad de fundición se mantiene mediante una unidad de control computarizada que proporciona una velocidad de arrastre compensada por el diámetro del rodillo. La Tabla 8 muestra las características y el rendimiento de la membrana de PS.
TABLA 8: Pro iedades rendimiento de la membrana UF
Ejemplo 9 (membrana TFC RO preparada mediante polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona que se preparó siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 1 se recubre con una capa activa de poliamida delgada de acuerdo con el proceso de polimerización interfacial entre una amina multifuncional en agua con un cloruro de ácido carboxílico multifuncional en un solvente inmiscible en agua como solvente (J.E. Cadotte, R.J. Petersen, R.E. Larson, E.E. Erickson, A new thin-film composite seawater reverse osmosis membrane, Desalination 32 (1981) 25-31; solicitud de patente US4277344). El recubrimiento de la película delgada se lleva a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reacciona con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosa-orgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa consiste en m-fenilendiamina (MPD) al 2 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v) y glicerol al 0,5 % (v/v). La composición de la solución orgánica es cloruro de trimesoilo (t Mc ) al 0,1 % (p/v) y DMF al 0,025 % (v/v) en hexano. En el proceso de polimerización interfacial para preparar la capa de poliamida sobre el soporte de polisulfona, el soporte se puso en contacto primero con la solución de MPD durante 20 s mediante el vertimiento de la solución sobre la trama de soporte de polisulfona en desplazamiento. Esta técnica tiene la ventaja de que la solución de MPD se contacta solo en la parte superior del soporte de polisulfona. Subsecuentemente, el exceso de la solución de MPD de la superficie de la polisulfona en desplazamiento se limpia mediante los rodillos pulidos de espejo que se dispusieron en lugares adecuados en la unidad y seguidos por un corte de aire en la superficie. Subsecuentemente, el soporte de polisulfona óptimamente drenado se pasa a través de la solución orgánica. Durante esta etapa, se forma una capa activa de poliamida sobre el soporte de polisulfona mediante el proceso de polimerización interfacial entre el MPD en la solución acuosa que está presente en el soporte de polisulfona y el TMC en la solución de hexano y, por lo tanto, da como resultado la formación de una membrana de compuesto de película delgada. Después de salir de la solución orgánica, la membrana TFC de dejó desplazarse en el aire a temperatura ambiente durante 5 min y luego la temperatura de curado es de 50 °C en una cámara de circulación de aire caliente. La velocidad de preparación de la capa de poliamida se mantuvo a 0,30 m/min. La Tabla 9 muestra el comportamiento de la membrana TFC preparada como en el Ejemplo
TABLA 9: Rendimiento de las membranas TFC
Ejemplo 10 (membrana TFC RO preparada mediante polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona se prepara siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 1 y se recubre con la película delgada de poliamida. El recubrimiento de la película delgada se lleva a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reacciona con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosaorgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa es MPD al 2 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v), glicerol al 0,5 % (v/v) y la composición de cloruro de ácido en hexano es TMC al 0,125 % (p/v), DMF al 0,025 % (v/v). El exceso de la solución de m Pd de la superficie de polisulfona después de salir del baño de diamina se limpia y el resto se distribuye uniformemente mediante el uso de rodillos y aire soplado. La temperatura de curado de la membrana TFC es de 50 °C; la velocidad de recubrimiento es de 0,30 m min-1. La Tabla 10 muestra el rendimiento de la membrana TFC.
TABLA 1 : R n imi n l m m r n TF
Ejemplo 11 (membrana TFC RO preparada por polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona se prepara siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 4 y se recubre con una película delgada de poliamida. El recubrimiento de la película delgada se lleva a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reacciona con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosaorgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa es MPD al 2 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v), glicerol al 0,5 % (v/v) y la composición de cloruro de ácido en hexano es TMC al 0,1 % (p/v), DMF al 0,025 % (v/v). El exceso de la solución de MPD de la superficie de polisulfona después de salir del baño de diamina se limpia, y el resto se distribuye uniformemente mediante el uso de rodillos y aire soplado. La temperatura de curado de la membrana TFC es de 60 °C, la velocidad de recubrimiento es de 0,30 m min"1. La Tabla 11 muestra el rendimiento de la membrana TFC.
TABLA 11: Rendimiento de las membranas TFC
Ejemplo 12 (membrana TFC RO preparada mediante polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona se prepara siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 5 y se recubre con una película delgada de poliamida. El recubrimiento de la película delgada se lleva a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reacciona con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosaorgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa es MPD al 2 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v), glicerol al 0,5 % (v/v) y la composición de cloruro de ácido en hexano es TMC al 0,1 % (p/v), DMF al 0,025 % (v/v). El exceso de la solución de MPD de la superficie de polisulfona después de salir del baño de diamina se limpia, y el resto se distribuye uniformemente mediante el uso de rodillos y aire soplado. La temperatura de curado de la membrana TFC es de 60 °C, la velocidad de recubrimiento es de 0,30 m min-1. La Tabla 12 muestra el rendimiento de la membrana TFC.
TABLA 12: Rendimiento de las membranas TFC
Ejemplo 13 (membrana TFC RO preparada por polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona se prepara siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 6 y se recubre con una película delgada de poliamida. El recubrimiento de la película delgada se lleva a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reacciona con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosaorgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa es MPD al 2 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v), glicerol al 0,5 % (v/v) y la composición de cloruro de ácido en hexano es TMC al 0,1 % (p/v), DMF al 0,025 % (v/v). El exceso de la solución de MPD de la superficie de polisulfona después de salir del baño de diamina se limpia, y el resto se distribuye uniformemente mediante el uso de rodillos y aire soplado. La temperatura de curado de la membrana TFC es de 60 °C, la velocidad de recubrimiento es de 0,30 m min-1. La Tabla 13 muestra el rendimiento de la membrana TFC.
TABLA 13: Rendimiento de las membranas TFC
Ejemplo 14 (membrana TFC RO preparada mediante polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona se prepara siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 2 y se recubre con una película delgada de poliamida. El recubrimiento de la película delgada se lleva a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reacciona con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosaorgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa es MPD al 2 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v), glicerol al 0,5 % (v/v) y la composición de cloruro de ácido en hexano es TMC al 0,1 % (p/v), DMF al 0,025 % (v/v). El exceso de la solución de MPD de la superficie de polisulfona después de salir del baño de diamina se limpia, y el resto se distribuye uniformemente mediante el uso de rodillos y aire soplado. La temperatura de curado de la membrana TFC es de 60 °C, la velocidad de recubrimiento es de 0,30 m min-1. La Tabla 14 muestra el rendimiento de la membrana de TFC.
TABLA 14: Rendimiento de las membranas TFC
Ejemplo 15 (membrana TFC RO preparada por polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona se prepara siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 3 y se recubre con una película delgada de poliamida. El recubrimiento de la película delgada se lleva a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reacciona con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosaorgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa es MPD al 2 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v), glicerol al 0,5 % (v/v) y la composición de cloruro de ácido en hexano es TMC al 0,1 % (p/v), DMF al 0,025 % (v/v). El exceso de la solución de MPD de la superficie de polisulfona después de salir del baño de diamina se limpia, y el resto se distribuye uniformemente mediante el uso de rodillos y aire soplado. La temperatura de curado de la membrana TFC es de 50 °C, la velocidad de recubrimiento es de 0,30 m min-1. La Tabla 15 muestra el rendimiento de la membrana TFC.
TABLA 15: Rendimiento de las membranas TFC
Ejemplo 16 de acuerdo con la invención (membrana TFC RO preparada mediante polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona se prepara siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 3 y se recubre con una película delgada de poliamida. El recubrimiento de la película delgada se lleva a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reacciona con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosaorgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa es MPD al 3 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v), glicerol al 0,5 % (v/v) y la composición de cloruro de ácido en hexano es TMC al 0,1 % (p/v), DMF al 0,025 % (v/v). El exceso de la solución de MPD de la superficie de polisulfona después de salir del baño de diamina se limpia, y el resto se distribuye uniformemente mediante el uso de rodillos y aire soplado. La temperatura de curado de la membrana TFC es de 50 °C, la velocidad de recubrimiento es de 0,30 m min-1.
La membrana TFC se trató con la solución acuosa que contenía metacrilato de sulfopropilo (2x10-2 mol/L) metilen-bisacrilamida (MBA) (9,5*10'3mol/L) alcohol polivinílico (PVA) (2x10-2 mol/L), ácido nítrico (2x10-2 mol/L) y nitrato de amonio cérico (2x10-3 mol/L) durante 15 min a temperatura ambiente. Esto ha dado como resultado la formación de una capa de polimetacrilato ultradelgada con una carga e hidrofilicidad muy alta sobre la parte superior de la capa activa de poliamida. La membrana modificada mostró una mejora en el flujo del 30-40 % con una disminución marginal en la eficiencia de la resistencia (1-2 %) después del tratamiento con la solución de hipoclorito de sodio (NaOCl) (1000 ppm) durante 4 h. En comparación, las membranas TFC convencionales no modificadas mostraron una disminución del 10-50 % en el flujo y una disminución del 2-5 % en la eficiencia de la resistencia al NaCl después del tratamiento con la misma solución de NaOCl. La Tabla 16 muestra el rendimiento de la membrana TFC.
TABLA 16: Rendimiento de las membranas TFC
Ejemplo 17 de acuerdo con la invención (membrana TFC RO preparada mediante polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona se prepara siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 7 y se recubre con una película delgada de poliamida. El recubrimiento de la película delgada se lleva a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reacciona con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosaorgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa es MPD al 3 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v), glicerol al 0,5 % (v/v) y la composición de cloruro de ácido en hexano es TMC al 0,125 % (p/v), DMF al 0,025 % (v/v). El exceso de la solución de MpD de la superficie de polisulfona después de salir del baño de diamina se limpia, y el resto se distribuye uniformemente mediante el uso de rodillos y aire soplado. La temperatura de curado de la membrana TFC es de 50 °C, la velocidad de recubrimiento es de 0,30 m min-1.
La membrana TFC se trató de manera similar con la solución acuosa de monómeros como se describió en el Ejemplo 16 y se encontró que las propiedades en términos del flujo de penetración y resistencia al NaCl después del tratamiento con la solución de NaOCl son similares a las descritas en el Ejemplo 16. La Tabla 17 muestra el rendimiento de la membrana TFC.
TABLA 17: Rendimiento de las membranas TFC
Ejemplo 18 no de acuerdo con la invención (membrana TFC RO preparada mediante polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona se prepara siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 3 y se recubre con una película delgada de poliamida. El recubrimiento de la película delgada se lleva a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reacciona con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosaorgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa es MPD al 2,5 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v), glicerol al 0,5 % (v/v) y la composición de cloruro de ácido en hexano es TMC al 0,125 % (p/v), DMF al 0,025 % (v/v). El exceso de la solución de m Pd de la superficie de polisulfona después de salir del baño de diamina se limpia, y el resto se distribuye uniformemente mediante el uso de rodillos y aire soplado. La humedad se mantiene en un 58-68 % en la cámara de recubrimiento lateral. La temperatura de curado de la membrana TFC es de 50 °C, la velocidad de recubrimiento es de 0,30 m min-1.
La membrana TFC se trató con la solución acuosa que contenía 1-2 g/100 mL del monómero de metacrilato. La membrana TFC se trató de manera similar con la solución acuosa de monómeros como se describió en el Ejemplo 16 y se encontró que las propiedades en términos del flujo de penetración y la resistencia al NaCl después del tratamiento con la solución de NaOCl son similares a las descritas en el Ejemplo 16. La Tabla 18 muestra el rendimiento de la membrana TFC.
TABLA 18: Rendimiento de las membranas TFC
Ejemplo 19 (membrana TFC RO preparada mediante polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona se prepara siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 1 y se recubre con la película delgada de poliamida. El recubrimiento de la película delgada se lleva a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reacciona con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosaorgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa es MPD al 2 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v), glicerol al 0,5 % (v/v) y la composición de cloruro de ácido en hexano es TMC al 0,1 % (p/v), DMF al 0,025 % (v/v). El exceso de la solución de MPD de la superficie de polisulfona después de salir del baño de diamina se limpia y el resto se distribuye uniformemente mediante el uso de rodillos y aire soplado. La membrana TFC no está curada; la velocidad de recubrimiento es de 0,30 m min-1.
La membrana TFC se trató de manera similar con la solución acuosa de monómeros como se describió en el Ejemplo 16 y se encontró que las propiedades en términos del flujo de penetración y la resistencia al NaCl después del tratamiento con la solución de NaOCl son similares a las descritas en el Ejemplo 16. La Tabla 19 muestra el rendimiento de la membrana TFC.
TABLA 19: Rendimiento de las membranas TFC
Ejemplo 20: Membrana TFC RO preparada mediante polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona se prepara siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 4 y se recubre con una película delgada de poliamida. El recubrimiento de la película delgada se lleva a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reacciona con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosaorgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa es MPD al 2 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v), glicerol al 0,5 % (v/v) y la composición de cloruro de ácido en hexano es TMC al 0,1 % (p/v), DMF al 0,025 % (v/v). El exceso de la solución de MPD de la superficie de polisulfona después de salir del baño de diamina se limpia y el resto se distribuye uniformemente mediante el uso de rodillos únicamente. La membrana TFC se cura a 60 °C; la velocidad de recubrimiento es de 0,30 m min-1. La Tabla 20 muestra el rendimiento de la membrana TFC.
TABLA 20: Rendimiento de las membranas TFC
Ejemplo 21 no de acuerdo con la invención (Modificación de la membrana TFC RO preparada mediante polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona preparada siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 3 se recubrió con una película delgada de poliamida. El recubrimiento de la película delgada se llevó a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reaccionó con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosaorgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa fue MPD al 2,5 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v), glicerol al 0,5 % (v/v), SPMA (metacrilato de sulfopropilo) al 0,1 % (p/v), MBA (metilen-bisacrilamida) al 0,01 % (p/v) y la composición de cloruro de ácido en hexano fue TMC al 0,125 % (p/v), DMF al 0,025 % (v/v). Se usó persulfato de potasio como iniciador de la reacción de polimerización. El exceso de la solución acuosa de la superficie de polisulfona después de salir del baño de diamina se eliminó y el resto se distribuyó uniformemente mediante el uso de rodillos únicamente. La membrana TFC modificada se curó a 60 °C; la velocidad de recubrimiento fue de 0,30 m min-1. La Tabla 21 muestra el rendimiento de la membrana TFC modificada. La Figura 1 y la Figura 2 presentan el efecto de la modificación de la membrana sobre la morfología y el rendimiento de la membrana, respectivamente. Las membranas TFC modificadas mostraron una reducción del 0-20 % en el flujo sin afectar la eficiencia de la resistencia al NaCl después de 20 h de filtración continua de la solución de NaCl. Mientras que la membrana TFC no modificada mostró una reducción de aproximadamente un 65 % en el flujo después de 20 h de operación de filtración continua.
TABLA 21: Rendimiento de las membranas TFC
Ejemplo 22 no de acuerdo con la invención (Modificación de la membrana TFC RO preparada mediante polimerización interfacial)
La membrana de polisulfona preparada siguiendo el procedimiento mencionado en el Ejemplo 3 se recubrió con una película delgada de poliamida. El recubrimiento de la película delgada se llevó a cabo mediante polimerización interfacial en la que la fase de diamina acuosa reaccionó con cloruro de ácido en hexano en la interfase acuosaorgánica (hexano) para formar la película delgada de poliamida. La composición de la diamina acuosa era MPD al 2,5 % (p/v), DMSO al 1 % (v/v), glicerol al 0,5 % (v/v), SPMA (metacrilato de sulfopropilo) al 0,1 % (p/v), MBA (metilen-bisacrilamida) al 0,01 % (p/v), alcohol polivinílico (PVA) 1x10-2 mol L-1 y la composición de cloruro de ácido en hexano fue TMC al 0,125 % (p/v), DMF al 0,025 % (v/v). Se usó persulfato de potasio como iniciador de la reacción de polimerización. El exceso de la solución acuosa de la superficie de polisulfona después de salir del baño de diamina se eliminó y el resto se distribuyó uniformemente mediante el uso de rodillos únicamente. La membrana TFC modificada se curó a 60 °C; la velocidad de recubrimiento fue de 0,30 m min-1. La Tabla 22 muestra el rendimiento promedio de la membrana TFC modificada. La Figura 2 presenta el efecto de la modificación de la membrana sobre el rendimiento a largo plazo de la membrana, respectivamente. Las membranas TFC modificadas mostraron una reducción del 0-20 % en el flujo sin afectar la eficiencia de la resistencia al NaCl después de 20 h de filtración continua de la solución de NaCl. Mientras que la membrana TFC no modificada mostró una reducción de aproximadamente un 65 % en el flujo después de 20 h de operación de filtración continua.
TABLA 22: Rendimiento de las membranas TFC
Ventaja de la presente invención
1. La mejora de la propiedad de resistencia a la contaminación de las membranas TFC mediante un método de postratamiento simple y robusto y, por lo tanto, mejora la vida útil de la membrana.
2. La mejora de la estabilidad al cloro mediante un postratamiento simple y robusto de las membranas TFC.
Claims (3)
1. Una membrana de osmosis inversa de compuesto de película delgada modificada (TFC) que comprende un soporte de polisulfona y una capa ultradelgada de poliamida formada sobre dicho soporte, en donde la capa ultradelgada de poliamida se forma mediante la reacción de amina(s) polifuncional(es) en el intervalo de 2-3 % (p/v) y cloruro(s) de ácido polifuncional(es) en el intervalo de 0,1-0,125 % (p/v) seguido de un postratamiento de la membrana TFC naciente con una solución acuosa que contiene metacrilato de sulfopropilo en la concentración de 2x10-2 mol/L, metilen-bis-acrilamida en la concentración de 9,5x10-3 mol/L, alcohol polivinílico en la concentración de 2x10-2 mol/L, ácido nítrico en la concentración de 2x10-2 mol/L y nitrato de amonio cérico en la concentración de 2x10-3 mol/L durante 15 minutos a temperatura ambiente para mejorar la resistencia a la contaminación y la estabilidad al cloro en comparación con la de la membrana TFC preparada sin el postratamiento mencionado anteriormente.
2. Uso de una membrana de ósmosis inversa de compuesto de película delgada modificada como se reivindicó en la reivindicación 1, en la purificación de agua salobre.
3. Uso de una membrana de ósmosis inversa de compuesto de película delgada modificada como se reivindicó en la reivindicación 1, en la purificación de agua de alta salinidad.
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