FR2466265A1 - - Google Patents
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Abstract
a. Nouvelle membrane pour appareils de filtration. b. Membrane modifiée pour la filtration. On obtient une membrane modifiée pour la filtration en mettant en contact l'une des surfaces d'une membrane n'ayant pas subi un traitement de durcissement thermique ou de cuisson avec une solution contenant un polymère ou un copolymère insoluble dans l'eau et un solvant organique polaire. De préférence, le solvant organique polaire utilisé est le méthanol et le polymère et l'acétate de polyvinyle. c. Concerne les membranes de filtration, en particulier, pour la dessalinisation de l'eau de mer par un procédé d'osmose inverse.at. New membrane for filtration devices. b. Modified membrane for filtration. A modified membrane for filtration is obtained by contacting one of the surfaces of a membrane which has not undergone thermal curing or baking treatment with a solution containing a water-insoluble polymer or copolymer and a polar organic solvent. Preferably, the polar organic solvent used is methanol and the polymer and polyvinyl acetate. vs. Applies to filtration membranes, in particular, for the desalination of seawater by a reverse osmosis process.
Description
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La présente invention se rapporte à une nouvelle membrane perfec- The present invention relates to a new and improved membrane
tionnee pour appareils de filtration, membrane obtenue en traitant sa surface for filtering apparatus, membrane obtained by treating its surface
avec un composé polymérique hydrophile insoluble dans l'eau. with a hydrophilic polymeric compound insoluble in water.
On connaît déjà des membranes de ce genre et notamment des membranes en acétate de cellulose pour l'osmose inverse, utilisées pour préparer de l'eau Membranes of this kind are known, and in particular cellulose acetate membranes for reverse osmosis, used to prepare water.
potable à partir de l'eau de mer, ces membranes étant traitées, après une lon- drinking water from seawater, these membranes being treated, after a long time
gue période d'utilisation, avec une solution ammoniacale aqueuse d'un copolymère de l'acétate de vinyle et d'un éthyl-ester de l'acide maléique, la membrane après avoir été plongée dans la solution polymérique étant ensuite traitée avec une solution diluée d'acide chlorhydrique, ayant un pli de 4 et contenant 1 % en poids this period of use, with an aqueous ammonia solution of a copolymer of vinyl acetate and an ethyl ester of maleic acid, the membrane after being immersed in the polymeric solution then being treated with a solution diluted hydrochloric acid, having a fold of 4 and containing 1% by weight
de chlorure de zinc, ce qui a pour effet de précipiter le polymère sur la mem- of zinc chloride, which has the effect of precipitating the polymer on the
brane. Ce procédé a l'inconvénient que la solution ammoniacale affecte la capacité de filtration des membranes, en particulier des membranes d'acétate de brane. This process has the disadvantage that the ammoniacal solution affects the filtration capacity of the membranes, in particular the membranes of
cellulose, lesquelles ont d'autre part subi un traitement initial de durcisse- cellulose, which, on the other hand, have undergone initial curing treatment.
ment ou de cuisson, afin de leur conférer la porosité voulue. or cooking, to give them the desired porosity.
Dans l'état de la technique actuelle, il est connu de traiter les membranes d'acétate de cellulose avec une solution composée d'un copolymère ou d'un polymère de l'acétate de vinyle contenant 5 % d'acide crotonique, ce qui In the state of the art, it is known to treat cellulose acetate membranes with a solution composed of a copolymer or a polymer of vinyl acetate containing 5% of crotonic acid, which
a pour effet de dissoudre ledit copolymère dans une solution aqueuse d'ammonia- has the effect of dissolving said copolymer in an aqueous ammonia solution.
que, ledit copolymère étant ensuite rendu insoluble par acidification. On appli- that said copolymer then being rendered insoluble by acidification. We apply
que également ce copolymère sur une membrane d'acétate de cellulose qui a subi that also this copolymer on a cellulose acetate membrane that has undergone
initialement un traitement thermique. initially a heat treatment.
Or, on a constaté que bien qu'il soit possible de couvrir les mem- It has been found that although it is possible to cover the
branes d'acétate de cellulose qui ont subi un traitement thermique à des tempé- cellulose acetate branes which have undergone heat treatment at
ratures relativement basses, avec un revêtement copolymérique, ce revêtement relatively low erasures, with a copolymeric coating, this coating
s'enlève facilement au cours de l'utilisation ultérieure de celles-ci. can be easily removed during the subsequent use of these.
Un autre inconvénient des deux procédés connus pour couvrir une mem- Another disadvantage of the two known methods for covering a mem-
brane d'acétate de cellulose avec un revêtement polymérique, comme il est décrit ci-dessus, est que seuls sont utilisables les polymères solubles dans l'eau, de sorte que l'acétate de polyvinyle doit préalablement être modifié et converti en un copolymère soluble dans l'eau. Il ressort à l'évidence de ce qui précède Cellulose acetate brane with a polymeric coating, as described above, is that only water soluble polymers can be used, so that the polyvinyl acetate must be previously modified and converted to a soluble copolymer. in water. It is clear from the foregoing
que l'utilisation de l'acétate de polyvinyle pour former le revêtement des mem- that the use of polyvinyl acetate to form the coating of mem-
branes d'acétate de cellulose est impossible en raison de l'insolubilité dans cellulose acetate branes is impossible due to insolubility in
l'eau de cette substance.the water of this substance.
Pour résumer ce qui précède, il est clair que les procédés mentionnés To summarize the above, it is clear that the processes mentioned
plus haut exigent: premièrement, l'utilisation de membranes ayant subi un trai- above require: firstly, the use of membranes that have been treated
tement thermique initial: deuxièmement, la préparation de copolymères qui sont solubles dans l'eau et l'application de ces copolymères aqueux au moyen d'une solution ammoniacale, suivie d'une précipitation du copolymère avec un first, the preparation of copolymers which are soluble in water and the application of these aqueous copolymers by means of an ammoniacal solution, followed by a precipitation of the copolymer with a
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acide et des ions métalliques. Or, malgré ces préparatifs, les membranes sem- acid and metal ions. Despite these preparations, the membranes
blent avoir une durée pratique relativement courte ce qui pourrait s'expliquer par une adhérence insuffisante du revêtement polymérique sur lesdites membranes, have a relatively short practical life which could be explained by insufficient adhesion of the polymeric coating on said membranes,
lesquelles sont le plus souvent en acétate de cellulose. which are most often cellulose acetate.
La présente invention se propose d'apporter une membrane améliorée The present invention proposes to provide an improved membrane
destinée à la filtration, membrane obtenue en traitant sa surface avec une so- intended for filtration, a membrane obtained by treating its surface with a
lution d'un composé polymérique hydrophile insoluble dans l'eau, ce qui permet d'obtenir une membrane de longue durée. Par "composé polymérique insoluble dans lution of a hydrophilic polymeric compound insoluble in water, which provides a long-lasting membrane. By "polymeric compound insoluble in
l'eau", on entend un composé qui n'est pas soluble dans l'eau pure. water "means a compound which is not soluble in pure water.
Selon la présente invention, ce résultat est atteint en ce que la mem- According to the present invention, this result is achieved in that the mem-
brane modifiée, destinée à être utilisée pour la filtration, est obtenue en traitant la surface d'une membrane avec une solution constituée par un composé polymérique hydrophile insoluble dans l'eau, contenant un solvant organique modified brane, for use in filtration, is obtained by treating the surface of a membrane with a solution consisting of a hydrophilic polymeric compound insoluble in water, containing an organic solvent
polaire. Ce traitement est de préférence exécuté avec une solution d'un poly- polar. This treatment is preferably carried out with a solution of a poly-
mère ou d'un copolymère d'acétate de vinyle contenant un solvant organique polaire. Une membrane de ce type, qui a été modifiée selon l'invention, est très avantageuse du fait que le polymère ou le copolymère d'acétate de vinyle mother or a vinyl acetate copolymer containing a polar organic solvent. A membrane of this type, which has been modified according to the invention, is very advantageous because the vinyl acetate polymer or copolymer
constituant le rev9tementadhère parfaitement à la surface de la membrane consi- the coating adheres perfectly to the surface of the membrane
dérée, en particulier s'il s'agit d'une membrane d'acétate de cellulose, pro- especially if it is a cellulose acetate membrane,
longeant ainsi sensiblement la durée de la membrane ainsi traitée. thus substantially prolonging the duration of the membrane thus treated.
Un autre avantage important de la présente invention est que le trai- Another important advantage of the present invention is that the treatment
tement thermique de cuisson des membranes et en particulier, des membranes d'acétate de cellulose, peut être supprimé lorsqu'on applique sur celles-ci temperature of the membranes and, in particular, cellulose acetate membranes, may be suppressed when applied to them
un revêtement polymérique conforme à l'invention. a polymeric coating according to the invention.
Un autre grand avantage de l'invention réside dans le fait que la membrane n'a plus besoin d'être couverte d'un revêtement constitué uniquement par un copolymère d'acétate de vinyle, mais qu'on peut aussi bien utiliser de l'acétate de polyvinyle, ce dernier polymère, s'il est insoluble dans l'eau, est soluble dans certains solvants polaires tels que le méthanol ou des mélanges Another great advantage of the invention lies in the fact that the membrane no longer needs to be covered with a coating constituted solely by a vinyl acetate copolymer, but that it is equally possible to use polyvinyl acetate, the latter polymer, if insoluble in water, is soluble in certain polar solvents such as methanol or mixtures thereof.
de méthanol et d'eau.methanol and water.
Pour obtenir la porosité désirée, les membranes n'ont plus besoin de To obtain the desired porosity, the membranes no longer need to
subir un traitement de cuisson thermique initial avec le procédé selon l'inven- undergo an initial thermal baking treatment with the process according to the invention.
tion. Il en résulte que la fabrication des membranes ainsi traitées permet des économies de main d'oeuvre considérables. Les polymères ou copolymères pouvant être utilisés pour traiter la surface des membranes en accord avec l'invention sont plus particulièrement les homopolymères d'acétate de vinyle ayant un poids moléculaire compris entre 2000 et 100 000, mais un copolymère contenant au moins 40 Z d'acétate de vinyle et pour le reste un monomère,- le copolymère ainsi formé devant naturellement!tre soluble dans les solvants organiques polaires, tion. As a result, the manufacture of membranes thus treated allows considerable labor savings. The polymers or copolymers that can be used to treat the surface of the membranes in accordance with the invention are more particularly homopolymers of vinyl acetate having a molecular weight of between 2,000 and 100,000, but a copolymer containing at least 40% of vinyl acetate. vinyl acetate and, for the remainder, a monomer, the copolymer thus formed having to be naturally soluble in polar organic solvents,
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en particulier dans un alcool ou dans une solution aqueuse d'alcool, par exem- especially in an alcohol or an aqueous solution of alcohol, for example
ple dans le méthanol ou dans un mélange d'eau et de méthanol, peut tout aussi bien être utilisé. Parmi les monomères adaptés pour la modification voulue, on peut citer les acides carboxyliques insaturés ou leurs esters répondant à la S formule générale suivante in methanol or in a mixture of water and methanol, can just as easily be used. Among the monomers suitable for the desired modification, there may be mentioned unsaturated carboxylic acids or their esters corresponding to the following general formula
X -CH=CY-COOZX -CH = CY-COOZ
dans laquelle X représente un atome d'hydrogène, ou un groupe alkyle ou carbo- wherein X represents a hydrogen atom, or an alkyl or carbon group
xylique inférieur, Y étant un atome d'hydrogène, un groupe alkyle inférieur ou le groupe CH2COH et Z représente un atome d'hydrogène ou un groupe alkyle lower xyl, where Y is hydrogen, lower alkyl or CH2COH and Z is hydrogen or alkyl
inférieur.inferior.
Par groupe alkyle inférieur, on entend dans le cas présent>un groupe By lower alkyl group is meant in this case> a group
contenant de I à 3 atomes de carbone. containing from 1 to 3 carbon atoms.
On peut avantageusement utiliser les acides dicarboxyliques tels que It is advantageous to use dicarboxylic acids such as
l'acide maléique, l'acide fumarique et l'acide itaconique, par exemple. maleic acid, fumaric acid and itaconic acid, for example.
La formation de copolymères par copolymérisation est un procédé uni- Copolymerization copolymer formation is a single process
versellement connu, qu'il serait superflu de décrire. Il est bien évident qu'en ce qui concerne les acides carboxyliques cités plus haut, ils comprennent non seulement les acides carboxyliques proprement dit, mais également leurs anhydrides car, par exemple, l'anhydride de l'acide maléique convient parfaitement et peut âtre facilement appliqué. Les acides tricarboxyliques insaturés comme par exemple versely known, that it would be superfluous to describe. It is obvious that, with respect to the above-mentioned carboxylic acids, they include not only the carboxylic acids themselves, but also their anhydrides as, for example, maleic anhydride is very suitable and easily applied. Unsaturated tricarboxylic acids, for example
l'acide aconitique., peuvent aussi être utilisés et ml en est de mame pour les acides mono- aconitic acid, can also be used and the same is true for monohydric acids.
carboxyliques insaturés comme par exemple les acides crdroniques, acryiiques ó méthaa.ylijues. unsaturated carboxylic acids, such as, for example, crronal acids, acrylic acid and methacrylates.
La concentration du composé polymérique dans la solution s'échelonne, The concentration of the polymeric compound in the solution ranges,
en poids, entre 0,01 et 5 % et est de préférence comprise entre 0,5 et 1, 5 %. by weight, between 0.01 and 5% and is preferably between 0.5 and 1.5%.
Quand on ajoute un solution similaire au substrat, la concentration du composé When a solution similar to the substrate is added, the concentration of the compound
polymérique dans ce dernier se situe entre 0,1 et 100 ppm. polymer in the latter is between 0.1 and 100 ppm.
La solution contenant le polymère ou le copolymère d'acétate de vinyle renferme au moins 5 % de méthanol et, bien que du méthanol pur (méthanol à 100 %) puisse aussi être utilisé comme solvant, ceci est moins avantageux du fait de l'influence restrictive de celui-ci sur les membranes, notamment quand il s'agit The solution containing the vinyl acetate polymer or copolymer contains at least 5% methanol and, although pure methanol (100% methanol) can also be used as the solvent, this is less advantageous because of the influence of restrictive of it on membranes, especially when it comes
de membranes en acétate de cellulose. of cellulose acetate membranes.
En ce qui concerne la concentration de l'alcool, la limite supérieure est de préférence de 75 % et mieux encore de 45 à 55 %, le solvant organique With regard to the concentration of the alcohol, the upper limit is preferably 75% and more preferably 45 to 55%, the organic solvent
polaire étant de préférence un alcool et en particulier un alcool inférieur. polar being preferably an alcohol and in particular a lower alcohol.
L'alcool préféré est le méthanol. Toutefois, il est bien évident qu'au lieu de The preferred alcohol is methanol. However, it is obvious that instead of
méthanol, on pourrait aussi utiliser de l'éthanol, du butanol et du propanol. methanol, one could also use ethanol, butanol and propanol.
Les exemples suivants, qui n'ont bien entendu aucun caractère limitatif, The following examples, which of course have no limiting character,
feront mieux comprendre les particularités de l'invention. will better understand the particularities of the invention.
EXEMPLE 1EXAMPLE 1
On fabrique une membrane d'acétate de cellulose tubulaire à laquelle on ne fait pas subir le traitement de cuisson thermique usuel destiné à lui donner la porosité désirée. On verse dans cette membrane tubulaire une solution à 1 % d'un copolymère d'acétate de vinyle, modifié avec 5 % d'acide crotonique, ce copolymère ayant un poids moléculaire d'environ 50 000. Le pH de la solution polymérique s'élève à 7. La solution se compose en parties égales d'eau et de méthanol en tant-que solvant organique polaire. On enlève cette solution après 10 secondes et on rince la membrane avec de l'eau (au lieu d'eau, une solution aqueuse de méthanol pourrait être utilisée). Après avoir rincé la membrane avec de l'eau ou avec une solution A tubular cellulose acetate membrane is made which is not subjected to the usual thermal firing treatment to give it the desired porosity. A 1% solution of a vinyl acetate copolymer, modified with 5% of crotonic acid, is poured into this tubular membrane, this copolymer having a molecular weight of approximately 50,000. The pH of the polymer solution is The solution consists of equal parts of water and methanol as polar organic solvent. This solution is removed after 10 seconds and the membrane is rinsed with water (instead of water, an aqueous solution of methanol could be used). After rinsing the membrane with water or with a solution
aqueuse de méthanol, on la teste avec une solution saline contenant 5 000ppm. aqueous methanol is tested with a saline solution containing 5000 ppm.
de chlorure de sodium à une pression de 40 atm (4 mPa). sodium chloride at a pressure of 40 atm (4 mPa).
Le débit, c'est-à-dire la quantité d'eau passée, s'élève à 3,6 cm 3/cm2 The flow rate, that is to say the amount of water passed, amounts to 3.6 cm 3 / cm 2
par heure, tandis que la rétention du sel s'élève à 96 %. per hour, while salt retention is 96%.
Une expérience identique exécutée avec des membranes n'ayant pas subi de traitement de durcissement thermique, mais qui avaient été rincées avec 3 2 de l'eau, a donné pour résultat un débit de 30 cm /cm /h et une rétention saline An identical experiment performed with membranes that did not undergo heat curing treatment, but were rinsed with water, resulted in a flow rate of 30 cm / cm / hr and saline retention.
de 3 %.of 3%.
Ainsi, les avantages évidents de l'invention sautent aux yeux. Thus, the obvious advantages of the invention are obvious.
EXEMPLE IIEXAMPLE II
On procède comme dans l'exemple I, sauf, qu'on couvre la face inté- We proceed as in Example I, except that we cover the inner face.
rieure de la membrane d'acétate de cellulose avec un homopolymère ayant un poids moléculaire d'environ 30 000. Dans ce cas aussi on utilise une solution cellulose acetate membrane with a homopolymer with a molecular weight of approximately 30 000. In this case also a solution
composée de 50 % d'eau et de 50 % de méthanol. composed of 50% water and 50% methanol.
Les résultats d'une osmose inverse exécutée à une pression de 40 atm The results of a reverse osmosis performed at a pressure of 40 atm
donnent un débit de 5,9 cm 3/cm2/h et une rétention saline de 85 %. give a flow rate of 5.9 cm 3 / cm 2 / h and a salt retention of 85%.
Des expériences de longue durée ont prouvé que le revêtement adhère Long-term experiments have proven that the coating adheres
à la membrane pendant environ un an et demi. Dans toute cette période, on n'ob- to the membrane for about a year and a half. Throughout this period, we do not
serve aucune diminution des propriétés du revêtement. serve no reduction in coating properties.
EXEMPLE IIIEXAMPLE III
On applique sur une membrane d'acétate de cellulose un revêtement A coating of cellulose acetate is applied to a cellulose acetate membrane
comme décrit dans l'exemple I. Après les traitements usuels, on utilise la mem- as described in Example I. After the usual treatments, the
brane pour une filtration à une pression de 4-atm en ajoutant 75 ml d'une solu- brane for filtration at a pressure of 4-atm by adding 75 ml of a solution
tion à 1 Z du polymère selon l'exemple I à la solution d'alimentation. 1% of the polymer according to Example I to the feed solution.
3 2 Après une période de trois heures, le débit s'élève à 1,5 cm /cm /h et la rétention est de 85 %. On a poursuivi l'expérience pendant trois jours After a period of three hours, the flow rate is 1.5 cm / cm / h and the retention is 85%. We continued the experiment for three days
et on a obtenu un débit de 0,5 et une rétention de 95 %. Cette dernière réten- and a flow rate of 0.5 and retention of 95% was obtained. This last retention
tion est restée constante.has remained constant.
Les membranes sans revêtement ayant subi un traitement thermique pré- Uncoated membranes that have undergone pre-heat treatment
sentent un débit de 0,42 et une rétention de 85 % à une pression de 4 atm. Ce résultat défavorable montre clairement les avantages du revêtement selon la have a flow rate of 0.42 and a retention of 85% at a pressure of 4 atm. This unfavorable result clearly shows the advantages of the coating according to the
24662652466265
présente invention.present invention.
Les membranes sans. revêtement ayant subi un durcissement thermique ou une cuisson présentent un débit d'environ 4 et une rétention de 96 % à une Membranes without. heat-cured or baked coating have a flow rate of about 4 and a retention of 96% at a
pression de 40 atm.40 atm pressure.
Il ressort clairement de l'exemple ci-dessus que la présente inven- tion permet d'obtenir un débit considérable et un pourcentage de rétention élevé à de très basses pressions. Il en résulte des économies considérables d'énergie It is clear from the above example that the present invention achieves a considerable flow rate and a high retention percentage at very low pressures. This results in considerable energy savings
pendant la filtration et par conséquent une diminution des frais généraux. during filtration and therefore lower overhead costs.
EXEMPLE IVEXAMPLE IV
On procède à nouveau comme dans l'exemple I mais au lieu d'utiliser We proceed again as in example I but instead of using
des membranes en acétate de cellulose, on utilise une membrane en polyacrylo- membranes made of cellulose acetate, a polyacrylic membrane is used.
nitrile (Orlon). Un traitement avec une solution à 1 % d'acétate de polyvinyle, modifiée avec 5 % d'acide crotonique (l'acétate de polyvinyle ayant un poids moléculaire de 50 000) dans un solvant composé de 50 % d'eau et de 50 % de nitrile (Orlon). Treatment with a 1% solution of polyvinyl acetate, modified with 5% crotonic acid (polyvinyl acetate having a molecular weight of 50,000) in a solvent composed of 50% water and 50% of
méthanol, a également pour résultat une membrane ayant un pourcentage de réten- methanol, also results in a membrane having a retention percentage of
tion très élevé et un fort débit pendant une longue période de temps même à des pressions relativement basses de l'ordre de 4 atm. Les résultats obtenus very high output and high flow rate for a long period of time even at relatively low pressures of the order of 4 atm. The obtained results
à cette pression sont approximativement identiques à ceux indiqués dans l'exem- at this pressure are approximately the same as those indicated in the
ple III.ple III.
Pour être exhaustif, il convient de faire remarquer que la face in- For the sake of completeness, it should be noted that
térieure de la membrane préformée, qui est en contact avec le liquide soumis à la filtration et qui est couverte avec un revêtement polymérique, est la seule face qui vient en contact avec le solvant polaire. L'autre face de ladite The bottom of the preformed membrane, which is in contact with the liquid being filtered and which is covered with a polymeric coating, is the only surface that comes into contact with the polar solvent. The other side of said
membrane d'acétate de cellulose ne vient pas en contact avec ledit solvant orga- cellulose acetate membrane does not come into contact with said organic solvent.
nique polaire, par exemple, avec le méthanol. polar, for example, with methanol.
EXEMPLE VEXAMPLE V
On traite la surface d'une membrane tubulaire en acétate de cellulose, qui est appelée à venir en contact avec le milieu devant subir la filtration, avec une solution à 1 % d'acétate de polyvinyle dans un mélange méthanol-eau (50/50) comme décrit plus haut dans l'exemple I. On utilise aussi ladite membrane pour un traitement avec une solution The surface of a cellulose acetate tubular membrane, which is intended to come into contact with the medium to be filtered, is treated with a solution of 1% polyvinyl acetate in a methanol / water mixture (50/50 ) as described above in Example I. The membrane is also used for treatment with a solution
à 0,1 % de chlorure de sodium-dans l'eau. 0.1% sodium chloride-in water.
A une pression opératoire de 20 atm pendant une période de 1000 heures, At an operating pressure of 20 atm for a period of 1000 hours,
on obtient un débit constant de 3,2 et une rétention saline de 95 %. a constant flow rate of 3.2 and a salt retention of 95% are obtained.
On obtient également les résultats ci-dessus avec des membranes de polysulfones. The above results are also obtained with polysulfone membranes.
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