NL9201483A

NL9201483A - Werkwijze voor het vervaardigen van een keramisch membraan voor microfiltratie.

Info

Publication number: NL9201483A
Application number: NL9201483A
Authority: NL
Original assignee: Hoogovens Ind Ceramics
Priority date: 1992-08-20
Filing date: 1992-08-20
Publication date: 1994-03-16
Also published as: JP2751989B2; US5407703A; JPH06198147A; EP0583733A1

Description

WERKWIJZE VOOR HET VERVAARDIGEN VAN EEN KERAMISCHMEMBRAAN VOOR MICROFILTRATIE

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor hetvervaardigen van een keramisch membraan voor microfiltratie,omvattende een poreuze drager en een microfiltratielaag van keramischmateriaal, omvattende de stappen van (i) het silaniseren van de drager; (ii) het door middel van filmcoaten met een suspensie van eenmetaaloxide aanbrengen van de microfiltratielaag op de drager; (iii) het drogen en sinteren van het bij stap (i) verkregen produkt.Een werkwijze van dit type is bekend uit EP 320 033 ten name van aanvraagster.

Onder microfiltratielaag zal in het kader van deze aanvrageworden verstaan een laag met een gemiddelde poriegrootte tussen 20 runen 1 μιη en een dikte tussen 10 en 200 μπι.

De drager kan poriën hebben tussen 0,1 en 50 μιη en kan eendikte hebben tussen 0,5 mm en 1 cm en meer.

Onder silaniseren wordt verstaan de uit conclusie 8 van EP 320033 bekende voorbehandeling van de drager, waarbij de affiniteittussen de poreuze drager en de microporeuze laag vormende suspensiewordt verlaagd, zodat penetratie van de gesuspendeerde deeltjes in deporiën van de drager wordt voorkomen, terwijl toch bevochtiging vanhet oppervlak van de poreuze drager mogelijk is. De verlaging van deaffinitieit wordt bij voorkeur verkregen door behandeling van dedrager met een silaan oplossing.

Onder filmcoaten wordt verstaan een werkwijze voor het aan¬brengen van de microfiltratielaag op de drager door in hoofdzaak hetonder invloed van zwaartekracht laten stromen van een suspensie overhet oppervlak van de drager bij welke stroming een laag op hetoppervlak van de drager achterblijft.

Bij dit filmcoaten treedt althans niet in hoofdzaak een anderewerkwijze voor het aanbrengen van de microfiltratielaag, namelijk het slibgieten op, waarbij een suspensie onder invloed van een druk¬verschil door de poreuze drager wordt gefilterd, waarbij een laag alsfilterkoek op de drager achterblijft. Dit slibgieten heeft als nadeeldat deeltjes uit de suspensie in de poriën van de drager penetreren,waardoor de permeabiliteit van het resulterende membraan lager is.

Een probleem van de bekende werkwijze is dat bij het aanbrengenvan de microfiltratielaag een irihomogene/brede poriegrootteverdelingwordt verkregen, waardoor krimp/sinterscheurtjes in de micro¬filtratielaag optreden. Hierdoor is hét afkeurpercentage van het metde bekende werkwijze verkregen membraan hoog.

Het doel van de uitvinding is de bekende werkwijze te ver¬beteren, zodat een keramisch membraan met een scheurvrije microfil¬tratielaag wordt verkregen.

Dit wordt bij de uitvinding bereikt, doordat men bij stap (ii)een colloid chemisch stabiele suspensie met verhoogde zwichtspanningtoepast.

De colloid chemische stabiliteit van een suspensie van eenmetaaloxide hangt af van de Van der Waalskrachten en van krachtendoor elektrische ladingen. In een basisch milieu zijn de deeltjesnegatief geladen en in een zuur milieu positief. Daartussen ligt eengebied, waarbij de lading van de deeltjes klein of nul is. Bij A1203 .is dat het geval nabij pH = 8. Nabij deze nullading stoten dedeeltjes elkaar althans niet af en vormen agglomeraten. De suspensieis dan instabiel. Volgens de uitvinding wordt nu gewerkt met eenstabiele suspensie, dat wil zeggen met een suspensie waarin dedeeltjes niet of nagenoeg niet zijn geagglomereerd.

Een stabiele suspensie kan worden verkregen door toevoeging vaneen poly-elektroliet of door keuze van de pH. Bij voorkeur wordt nude suspensie zuur of basisch gestabiliseerd. Meer bij voorkeur is hetgesuspendeerde metaaloxide Al203 en past men een zuur gestabiliseerdesuspensie met een pH van circa 5 toe. Op deze wijze behoeft men geenpoly-elektroliet aan de suspensie toe te voegen en voorkomt menonverwachte veranderingen van de eigenschappen van de suspensie alsgevolg van de poly-elektroliet.

Een niet geagglomereerde suspensie heeft als gevolg van hetniet vasthouden van water in de agglomeraten c.q. de kleineredeeltjes een lagere viscositeit, waardoor tijdens of na het film-coaten de op de drager achtergebleven microfiltratielaag kan gaan"lopen". De microfiltratielaag die door filmcoaten is aangebracht magniet of slechts heel traag naar beneden vloeien. Het gaat hier om een

Theologische eigenschap van de suspensie, namelijk de zwichtspanning.De zwichtspanning van de microfiltratielaag moet groter zijn dan degewichtdruk daarvan. Van stabiele suspensies is in het algemeen dezwichtspanning te laag en breekt de microfiltratielaag af.

Volgens de uitvinding wordt in combinatie een colloid chemischstabiele suspensie met verhoogde zwichtspanning toegepast, waarbijmen de zwichtspanning van de suspensie verhoogt door toevoeging aande suspensie van een organisch middel dat de stabiliteit van desuspensie niet wezenlijk aantast. Bij voorkeur past men xanthaan, eenpolysacharide, toe met het voordeel dat dit middel geen of nagenoeggeen bijwerkingen heeft. Op deze wijze is het dus mogelijk met eenstabiele suspensie door middel van filmcoaten een microfiltratielaagaan te brengen met de volgende voordelen: een stabiele suspensie is beter reproduceerbaar aan te maken.De eigenschappen van de stabiele suspensie, zoals deeltjes-grootteverdeling en zwichtspanning zijn weinig gevoelig voorkleine verschillen in pH, hoeveelheid additieven en intensiteitvan het roeren en mengen; de suspensie is weinig gevoelig voor verouderen. De suspensie-eigenschappen veranderen weinig in de tijd; de reproduceerbaarheid van de door filmcoaten verkregenmicrofiltratielaag is goed; de pakking en de poriegrootteverdeling van de microfiltratie¬laag is homogeen. Hierdoor treden veel minder scheuren in demicrofiltratielaag op; er kan een veel dikkere microfiltratielaag zonder scheurvormingverkregen worden.

Voorbeeld 1

Een buis met een externe diameter van 14 mm en een wanddiktevan 3 mm, bestaande uit gesinterd Al203 (Amperit 740.1) met eenporiegrootte van 5 pm werd gedompeld in een 1 % silaan oplossing(Silaan PC 12 van Permacol BV, Holland) in aceton gedurende 10minuten. Daarna werd de buis gedroogd in lucht van 50° C. Vervolgenswerd aan de binnenzijde van de aldus gesilaniseerde buis verticaaldoor filmcoaten een microporeuze laag aangebracht met een stabielesuspensie van de volgende samenstelling: 40 vol% CT2000SG van Alcoa, gemiddelde korrelgrootte 1.3 pm, ingedemineraliseerd water; 0,3 M azijnzuur (HAc); 0,03 gew.% Xanthaan op vloeistofbasis; 0,01 gew.% Surfadone LP100 op vloeistofbasis.

De buis werd gecoat met een snelheid van 7 mm/s en gedurende1 uur gesinterd bij 1300 °C. De dikte van de microfiltratielaag was50-70 μπι. De gemiddelde poriegrootte was 0,17 Mm. De poriegrootte-verdeling werd bepaald met een Goulter porometer en was als volgt: «Li* = 0.10 pmdsox = 0,17 pm^90% = 0»22 pmAw“°.24pm.

De permeabiliteit was + 1500 l/m2 hr bar.

Er werden geen scheurtjes in de microfiltratielaag aangetrof¬fen.

Voorbeeld 2

Aan de binnenzijde van een gesilaniseerde buis identiek aan dievan voorbeeld 1 werd verticaal door filmcoaten een microporeuze laagaangebracht met een stabiele suspensie van de volgende samenstelling:40 vol% A4000SG van Alcoa in gedemineraliseerd water; 0,3 M azijnzuur; 0,21 gew.% Xanthaan op vloeistofbasis 0,01 gew.% Surfadone LP100 op vloeistofbasis.

De buis werd gecoat met een snelheid van 8 mm/s en gedurende 1uur gesinterd bij 1350 °C. De dikte van de microfiltratielaag was 60-80 pm. De gemiddelde poriegrootte was 0,38 pm. De poriegrootte-verdeling werd bepaald met een Coulter porometer en was als volgt:djnin = 0,22 pmdsox = 0,38 pmdgoz = 0,50 pmdmax = 0,53 pm.

De permeabiliteit was ± 6500 l/mz hr bar.

Er werden geen scheurtjes in de microfiltratielaag aangetrof¬fen.

Voorbeeld 3

Aan de binnenzijde van een gesilaniseerde buis identiek aan dievan voorbeeld 1 werd verticaal door filmcoaten een microporeuze laagaangebracht met een stabiele suspensie van de volgende samenstelling:40 vol% CT2000SG van Alcoa in gedemineraliseerd water; 0,17 gew.% citroenzuur op vloeistofbasis; 0,33 gew.% Xanthaan op vloeistofbasis 0,02 gew.% Surfadone LP100 op vloeistofbasis.

De buis werd gecoat met een snelheid van 8 mm/s en gedurende 1uur gesinterd bij 1300 °C. De dikte van de microfiltratielaag was 50-70 μπι. De gemiddelde poriegrootte was 0,15 pm. De poriegrootte-verdeling werd bepaald met een Coulter porometer en was als volgt:dmin - °>10 pmd50X - 0,15 pmd90* - 0,19 pmdjnax =0,20 μπι.

De permeabiliteit was ± 1300 l/mz hr bar.

Er werden geen scheurtjes in de microfiltratielaag aangetrof¬fen.

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een keramisch membraan voormicrofiltratie, omvattende een poreuze drager en een micro-filtratielaag van keramisch materiaal, omvattende de stappenvan (i) het silaniseren van de drager; (ii) het door middel van filmcoaten met een suspensie van eenmetaaloxide aanbrengen van de microfiltratielaag op dedrager; (iii) het drogen en sinteren van het bij stap (ii) verkregenprodukt, met het kenmerk, dat men bij stap (ii) een colloid chemischstabiele suspensie met verhoogde zwichtspanning toepast.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men desuspensie zuur of basisch stabiliseert.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de gesuspen¬deerde stof Al203 is, en dat men een zuur gestabiliseerdesuspensie met een pH van circa 5 toepast.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met hetkenmerk, dat men de zwichtspanning van de suspensie verhoogtdoor toevoeging aan de suspensie van een organisch middel dat destabiliteit van de suspensie niet wezenlijk vermindert.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het middelxanthaan is.