NL1007456C2 - Werkwijze voor het vervaardigen van holle vezelmembranen voor microfiltratie, ultrafiltratie of gasscheiding. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze voor het vervaardigen van holle vezelmembranen voor microfiltratie, ultrafiltratie of gasscheiding.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaar-5 digen van holle vezelmembranen voor microfiltratie. ultrafiltratie of gasscheiding, welke vezelmembranen een uitwendige diameter van 0,5*3 mm en een wanddikte van 30*500 pm hebben, waarbij een keramisch poeder wordt gemengd met een bindmiddel, de gevormde pasta zonder verwarming voldoende viscositeit bezit om te worden geëxtrudeerd, de gevormde 10 pasta middels een spinkop wordt geëextrudeerd tot holle vezels en de poederdeeltjes aan elkaar worden gesinterd ter verkrijging van keramische holle vezels.

Een dergelijke werkwijze is beschreven in EP-B-0693961.

Toepassing van membraantechnologie in industriële processen neemt 15 toe; continue procesvoering, relatief milde omstandigheden en aanzienlijke verlaging van energieverbruik zijn de grootste voordelen in vergelijking met conventionele scheidingsprocessen.

Momenteel worden vooral polymeren (plastic) membranen gebruikt. Deze hebben echter als nadeel een lage chemische en thermische stabi-20 liteit, een lage erosieweerstand en een te lage rigiditeit waardoor zij kunnen worden samengedrukt en de eigenschappen kunnen variëren.

Keramische membranen bieden hiervoor een oplossing. De huidige generatie commercieel verkrijgbare keramische membranen is nog te duur en heeft een lage ratio van het membraanoppervlak per volume-eenheid. 25 De in EP-B-0693961 beschreven werkwijze speelt hierop in. Er wordt van een thermoplastisch bindmiddel gebruik gemaakt. Door een relatief eenvoudige procesvoering is de kostprijs van de microfiltratie holle vezelmembranen een factor 3 tot 10 lager dan die van de huidige generatie keramische membranen terwijl de oppervlakte/volume ratio met 30 meer dan 1000 m2/m3 tot 10 maal hoger is. De bovengenoemde methode voor het maken van keramische membraanvezels is bij uitstek geschikt om de vezels op industriële schaal te produceren.

De uitvinding heeft tot doel de in de aanhef aangeduide werkwijze te verbeteren waardoor het product: keramische vezelmembranen goedko-35 per op industriële schaal kan worden vervaardigd.

Volgens de uitvinding is de in de aanhef genoemde werkwijze hiertoe gekenmerkt doordat een in water of ander eenvoudig oplosmiddel opgelost bindmiddel of een thermohardend bindmiddel of een anorganisch 100' '53 2 bindmiddel of een combinatie van deze bindmiddelen wordt gebruikt.

In geval van de aanwezigheid van een in water of ander eenvoudig oplosmiddel opgelost bindmiddel zal de gevormde pasta direct na het extrusieproces doch vóór het sinteren door drogen ten minste een deel 5 van het water uit de vezels door verdamping moeten verliezen waardoor het bindmiddel wordt gegeleerd en de vezel snel stevigheid krijgt. Er zijn ten opzichte van EP-B-0693961 minder grondstoffen nodig, en de stap dat het uit een thermoplastisch polymeer bestaand bindmiddel in een aparte oven bij circa 500°C moet worden verwijderd, vervalt. Ook 10 de desbetreffende oven is niet meer nodig. De relatief kleine hoeveelheid in water of een ander eenvoudig oplosmiddel opgelost bindmiddel kan gemakkelijk tijdens het sinteren worden verwijderd.

In het algemeen zijn slechts enkele procenten van een bijvoorbeeld uit methylcellulose bestaand bindmiddel nodig om de viscositeit 15 van het mengsel van keramische poeder, water of een ander eenvoudig oplosmiddel en een bindmiddel voldoende groot te maken om dat mengsel middels een spinkop te kunnen extruderen tot een holle vezel.

Door verdamping van het water bij kamertemperatuur of iets hogere temperatuur zal het bindmiddel tot een gel worden gevormd.

20 In geval van toepassing van een thermohardend bindmiddel zal het bindmiddel wel in een aparte oven bij circa 500°C worden verwijderd. Thermoharders worden bij verhitten ten gevolge van vernettingsreacties hard. Ze zijn in uitgeharde toestand niet meer smeltbaar en evenmin oplosbaar doch hoogstens zwelbaar. In tegenstelling tot thermoplas-25 tische bindmiddelen hoeft de thermoharder niet afgekoeld te worden maar kan worden uitgehard door bijvoorbeeld: absorptie van zuurstof zonder de productie van water of gassen zoals epoxy-polymeren door verhoging van temperatuur zoals bijvoorbeeld in geval van 30 fenol-formaldehyde, door toevoeging van een kleine hoeveelheid katalysator (minder dan 1 gew.%), meestal een peroxide (zoals bijvoorbeeld methyl-ethylketonperoxide) zoals bijvoorbeeld bij polyesters of allyls (diallylftalaat of diallylisoftalaat).

35 Bij toepassing van thermoharders is ongeveer dezelfde hoeveelheid grondstoffen nodig doch de sterkte van het groene product zal tijdens het uitstoken groter worden omdat het bindmiddel niet meer plastisch wordt.

- *&· w—: 3

Bij toepassing van anorganische bindmiddelen wordt voornamelijk gebruik gemaakt van heteropolymeren en hybridische heteropolymeren. Heteropolymeren zijn polymeren met meer dan één soort atomen in de hoofdketen zoals bijvoorbeeld silicaten of siloxanen. Hybride hetero-5 polymeren zijn polymeren met anorganische atomen en met organische eenheden, een voorbeeld is etheen-silaan-copolymeer. Anorganische bindmiddelen kunnen worden uitgehard door bijvoorbeeld koolstofdioxide of een organische ester (bijvoorbeeld glycerol-diacetaat) bij anorganische silicaten of 10 - peroxide toevoeging bij silanen of siloxanen.

Anorganische silicaten hebben ten opzichte van de stand van de techniek (EP-B-0693961) het voordeel dat minder grondstoffen nodig zijn en dat de stap kan vervallen dat het bindmiddel in een aparte oven bij circa 500°C moet worden verwijderd. Ook de oven die daartoe 15 wordt gebruikt kan vervallen. De anorganische rest die achterblijft kan gebruikt worden om de stevigheid van het membraan te vergroten of de eigenschappen van de holle vezelmembraan binnen een zekere range te controleren. Tevens kan een lagere sintertemperatuur worden toegepast en voor de niet-oxidische membranen kan een relatief goedkopere atmos-20 ferische oven worden gebruikt.

Om onder alle omstandigheden het inzakken van de vezels te voorkomen, zouden deze op een rollenbaan kunnen worden opgevangen, bestaande uit een paar in tegengestelde richting draaiende rollen.

De uitvinding zal nu aan de hand van de figuren nader worden 25 toegelicht. Er wordt daarbij van een in water of ander eenvoudig oplosmiddel opgelost bindmiddel gebruik gemaakt.

Figuur 1 toont een schematisch zijaanzicht van de toegepaste inrichting.

Figuur 2 toont op grotere schaal het gedeelte dat in figuur 1 met 30 een gestippelde rechthoek is aangegeven.

Figuur 3 toont een doorsnede volgens de lijn III-III in figuur 2. In een extrusiepers 1 wordt een pasta, bestaande uit keramisch poeder, en een in water of ander eenvoudig oplosmiddel opgelost bindmiddel middels de schroef 2 in een spinkop 3 gevoerd. Een gastank 35 voert gas via een reduceerklep 5 in een leiding 6 die centraal in de spinkop 3 eindigt. Door de gasstraal wordt gewaarborgd dat de geëxtru-deerde holle vezels open blijven en worden gekoeld. De holle vezels worden om inzakken te voorkomen op weg naar de sinteroven 7 onder- 1007456 4 steund door een aangedreven rollenbaan 8, bestaande uit ter plaatse van de holle vezels van elkaar afdraaiende rollen.

Gedurende het transport naar de sinteroven 7 vindt droging van de vezels bij kamertemperatuur of bij een verhoogde temperatuur plaats. 5 Het bindmiddel zal daarbij aan gelvorming worden onderworpen. Het binnen beperkte tijd harder worden van de gevormde holle vezels door geleren van het bindmiddel is nodig om de vezels niet te doen inzakken en onbeschadigd in de sinteroven te kunnen leiden.

In de sinteroven vindt sintering van de keramische deeltjes 10 plaats. In het geval van aluminiumoxide is de sinteroventemperatuur circa 1300°C en in het geval van siliciumnitridepoeder is de sinter-temperatuur circa l600°C.

15 'V· ’’

Claims (8)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van holle vezelmembranen voor microfiltratie, ultrafiltratie of gasscheiding, welke vezelmembranen 5 een uitwendige diameter van 0,5“3 mm en een wanddikte van 30"500 μιη hebben, waarbij een keramisch poeder wordt gemengd met een bindmiddel, de gevormde pasta zonder verwarming voldoende viscositeit bezit om te worden geëxtrudeerd, de gevormde pasta middels een spinkop wordt ge-extrudeerd tot holle vezels en de poederdeeltjes aan elkaar worden 10 gesinterd ter verkrijging van keramische holle vezels, met het kenmerk, dat een in water of ander eenvoudig oplosmiddel opgelost bindmiddel of een thermohardend bindmiddel of een anorganisch bindmiddel of een combinatie van deze bindmiddelen wordt gebruikt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in geval 15 van een in water of ander eenvoudig oplosmiddel opgelost bindmiddel, de gevormde pasta direct na het extrusieproces doch vóór het sinteren wordt gedroogd waarbij ten minste een deel van het water uit de vezels wordt verdampt, het bindmiddel daardoor wordt gegeleerd en de vezel snel stevigheid krijgt. 20

3· Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat als in water opgelost bindmiddel methylcellulose wordt toegepast.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in geval van toepassing van het thermohardend middel, het bindmiddel in een aparte oven bij circa 500°C uit de geëxtrudeerde vezels wordt verwij-25 derd.

5- Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in geval van de aanwezigheid van een anorganisch bindmiddel gebruik wordt gemaakt van heteropolymeren.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in geval 30 van de aanwezigheid van een anorganisch bindmiddel gebruik wordt gemaakt van hybridische heteropolymeren.

7- Werkwijze volgens conclusie 5 of 6, met het kenmerk, dat de anorganische rest gebruikt wordt om de holle vezelmembranen te modificeren of te versterken.

8. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de uit de spinkop komende geëxtrudeerde vezels op een rollenbaan worden ondersteund en gedroogd.