PL152476B2 - Method for manufacturing flat membranes for hyperfiltration and ultrafiltration and a device for manufacturing membranes for ultrafiltration and hyperfiltration - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKA @ OPIS PATENTOWY ® PL ® 152476

Numer zgłoszenia: 271616

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (23) Data zgłoszenia: 01.04.1988 ® Intel⁶:

B01D 67/00

CZYTELBIA

OGÓLNA

Urządzenie do wytwarzania membran płaskich do hiperfiltracji i ultrafiltracji

Zgłoszenie ogłoszono:

20.03.1989 BUP 06/89

Uprawniony z patentu:

Politechnika Szczecińska, Szczecin, PL

Przedsiębiorstwo Wdrażania i Upowszechniania Postępu Technicznego i Organizacyjnego POSTEOR, Wrocław, PL

O udzieleniu patentu ogłoszono:

30.06.1992 WUP 06/92

Twórca wynalazku: Nikodem Chlubek, Szczecin, PL

PL 152476 Cl

57) Urządzenie do wytwarzania membran ^płaskich do hiperfiltracji i ultrafiltracji składające się ze strefy do nakładania roztworu polimeru na folię prowadzącą, termostatowanej komory strefy żelowania polimeru i układu do odbierania membrany, znamienne tym, że posiada przegrodę (4) współpracującą z bębnem (3) w strefie (I) do nakładania roztworu polimeru (1) na folię prowadzącą (2), natomiast termostatowana komora (II) odparowania rozpuszczalnika z roztworu polimeru (1) zawiera zbiornik zimna (5) umieszczony w pobliżu folii (2), równolegle do niej a prostopadle do lustra kąpieli żelującej w wannie (6).

URZĄDZENIE DO WYTWARZANIA MEM3RAN PŁASKICH

HIPERFILTRACJI I ULTRAFILTRAC3I

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Urządzenie do wytwarzania membran płaskich do hiperfiltracji i ultrafiltracji składające się ze strefy do nakładania roztworu polimeru na folię prowadzącą, termostatowanej komory strefy żelowania polimeru i układu do odbierania membrany, znamienne tym, że posiada przegrodę (4) współpracującą z bębnem (3) w strefie (I) do nakładania roztworu polimeru (1) na folię prowadzącą (2), natomiast termostatowana komora (II) odparowania rozpuszczalnika z roztworu polimeru (1) zawiera zbiornik zimna (5) umieszczony w pobliżu folii (2), równolegle do niej a prostopadle do lustra kąpieli żelującej w wannie (6).

   Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania membran płaskich do hiperfiltracji i ultrafiltracji.

   Proces hiperfiltracji (odwróconej osmozy) jest procesem oczyszczania wody słonej oraz innych roztworów wodnych na poziomie jonowym. Ultrafiltracja jest procesem rozdziału roztworów. Zasada fizyczna tego procesu polega na przetłaczaniu roztworu wodnego przez membrany półprzepuszczalne pod ciśnieniem wyższym od ciśnienia osmotycznego. Przykładowo ciśnienie osmotyczne wody morskiej wynosi około 2,4 MPa, dlatego dla uzyskania z niej wody do picia należy użyó ciśnienia hydraulicznego wyższego od 2,4 MPa. W praktyce stosuje się ciśnienie robocze około 5 do 7 MPa (3. Kępiński, N. Chlubek, Odsalanie mórz i oceanów, Wiedza Powszechna, Warszawa 1972).

   Pierwsze praktycznie wykorzystane membrany wytworzono według metody A. Dobry opublikowanej w Les perchlorates comme solvante, de la cellulose et de ses derives, Mem. Present. Soc. Chim. 1936,3, 312, z zastosowaniem acetonowego roztworu 2^/2 octanu cellulozy, modyfikowanej nadchloranem magnezu.

   Z publikacji R.E. Kastinga Synthetic Polimeric Membranes Mc Graw-Hill Inc. N. Jork 1971 znana jest metoda preparacji membran przez żelowanie polegająca na:

   sporządzeniu roztworu polimeru i substancji poroforowych w rozpuszczalniku mieszającym się z wodą, wylewanie odpowietrzonego roztworu na podłoże np. szkło, metal itp.

   odparowanie części rozpuszczalnika do powietrza, co powoduje powstanie skórki na formowanej membranie, żelowanie (inwersja faz) w rozpuszczalniku polimeru, najczęściej w wodzie lub jej roztworach. W procesie tym formuje się membrana surowa.

   wygrzewanie membrany w temperaturze 60-90*C. W tym procesie membrana uzyskuje ostateczne cechy umożliwiające jej praktyczne wykorzystanie do hiperfiltracji, czyli uzyskuje wysoką selektywność do ponad 95% odrzuconych soli, zachowując wysoką szybkość filtracji.

   Z opisu patentowego St. Zjedn. Am. nr 3 432 585 znane jest urządzenie do odlewania membran. Urządzenie to składa się z typowych układów stosowanych w technice formowania folii metodą żelowania na mokro. Są to; układ do nakładania roztworu polimeru na folię prowadzącą z komory o regulowanej atmosferze, układu żelowania roztworu polimeru, w którym polimer po nałożeniu go na folię prowadzącą wprowadzany jest pod niewielkim kątem pod powierzchnię roztworu żelującego układu do dodatkowej obróbki zżelowanej folii, układu do odbierania gotowej folii oraz układu do odbierania folii podłożowej.

   Specyfiką wyróżniającą membranę do hiperfiltracji i ultrafiltracji jest asymetryczna struktura tworzących się por w procesie żelowania. Istotną rolę odgrywa przy tym kierunek od

   152 476 bierania ciepła w procesie odparowania. Stosowany układ odbierania ciepła od powierzchni prowadzącej do powierzchni żelującej wpływa niekorzystnie na strukturę membrany. Dalszą niedogodnością jest wprowadzanie nałożonego polimeru na folię prowadzącą pod niewielkim kątem pod powierzchnię roztworu żelującego, co wspomaga niekorzystne działanie sił napięcia powierzchniowego, przez co tworzą się powierzchniowe niejednorodności aktywnej warstwy powierzchniowej membrany tzw. skórki.

   Celem wynalazku jest opracowanie takiego urządzenia do wytwarzania membran, z którego wychodzące membrany nie posiadałyby wyżej wymienionych wad.

   Urządzenie według wynalazku podzielone jest na trzy strefy w układzie pionowym. W pierwszej strefie nakłada się roztwór polimeru na folię prowadzącą, druga strefa stanowi termostatowaną komorę i poniżej umieszczona jest trzecia strefa żelowania polimeru. W pierwszej strefie nad termostatowanym bębnem umieszcza się rolkę folii prowadzącej i dyszę lub dyszę i listwę do wytłaczania i zgarniania polimeru. W strefie drugiej termostatowana komora zawieia zbiornik zimna. Pod termostatowaną komorą umieszczona jest trzecia strefa żelowania polimeru zawierająca wannę z kąpielą żelującą. W wannie umieszczona jest rolka prowadząca. Poza wanną umieszczona jest rolka pośrednia pomiędzy wanną i odbieralnikiem.Odbieralnik składa się z rolki prowadzącej i rolki odbierającej. Pomiędzy rolką pośrednią a odbieralnikiem można umieścić wannę z kąpielą wygrzewającą wyposażoną w rolki prowadzące. Urządzenie posiada przegrodę współpracującą z bębnem w strefie pierwszej do nakładania roztworu polimeru na folię prowadzącą. Termostatowana komora odparowania rozpuszczalnika z roztworu polimeru zawiera zbiornik zimna umieszczony w pobliżu folii. Zbiornik zimna jest jednocześnie umieszczony równolegle do folii i prostopadle do lustra kąpieli żelującej w wannie.

   Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania rysunku, który przedstawia schemat urządzenia.

   Urządzenie według wynalazku podzielone jest na trzy strefy. W I strefie nakłada się roztwór polimeru 1 na folię prowadzącą 2 rozwijaną po termostatowanym bębnie 3. Zastosowanie termostatowanego bębna 3 zapewnia właściwą lepkość roztworu w chwili kontaktu roztworu z folią. Grubość i równomierność warstwy wylewanego roztworu polimeru 1 na wstęgę folii prowadzącej 2 zapewnia umocowana nad bębnem 3 przegroda 4. Przegroda 4 może być listwą lub dyszą szczelinową. Umożliwia to nakładanie roztworu polimeru 1 przez wylewanie, przez wytłaczanie lub jednoczesne wylewanie i wytłaczanie dodatkowej warstwy drugiego polimeru na już wylaną warstwę roztworu pierwszego polimeru. Następnie folia 2 z naniesioną warstwą polimeru 1 przesuwa się w termostatowanej komorze II równolegle do ściany zbiornika zimna 5 i dalej przechodzi przez wannę z kąpielą żelującą 6. Zastosowanie termostatowanej komory II i zbiornika zimna 5 pozwala na sterowany kierunek odbioru ciepła z przesuwającej się taśmy. Rozszerza to zatem możliwość wpływu na zmianę struktury por w formowanej membranie. W strefie żelowania polimeru III zastosowano prostopadłe wprowadzenie formowanej membrany w stosunku do lustra kąpieli żelującej w wannie 6. Pierwsza faza żelowania odbywa się pionowo pomiędzy lustrem kąpieli a rolką prowadzącą 10. Ten sposób żelowania powoduje intensyfikację wymiany rozpuszczalnika polimeru na nierozpuszczalnik wnikający do żelowanej membrany z kąpieli żelującej. W rozwiązaniu według wynalazku następuje zmiana biegu formowanej membrany w dolnej części wanny. Rozkład stężeń rozpuszczalnika i nierozpuszczalnika w wannie żelującej na styku roztwór polimeru na folii prowadzącej a kąpiel żelująca na skutek prądów gęstościowych kształtuje się inaczej w części zstępującej i części wstępującej, korzystnie z punktu widzenia tworzenia się struktury porowatej membrany. Folia 2 po przejściu rolki prowadzącej 10 w wannie z kąpielą żelującą 6 przechodzi przez rolkę pośrednią 9 i następuje zmiana położenia membrany na folii 2. Dotychczas folia 2 stanowiła część dolną przesuwającej się taśmy a górną część stanowił roztwór polimeru

   1. Po przejściu rolki pośredniej 9 górna część taśmy jest folią 2 a dolną zżelowany polimer memorana. Membrana dalej przesuwa się do odbieralnika 11, który składa się z co najmniej jednej rolki prowadzącej 10 i/lub co najmniej jednej rolki odbierającej 7.

   *

   Pomiędzy wanną z kąpielą żelującą 6 a odbieralnikiem 11 umieszczona jest wanna z kąpielą wygrzewającą 8 i rolkami prowadzącymi 10.

   152 476

   Folia 2 z naniesionym roztworem polimeru 1 przesuwa się w termostatowanej komorze II równolegle do ściany zbiornika zimna 5.

   W urządzeniu według wynalazku mogą znajdować się dwa niezależne odbieralniki 11 i 12, z których jeden odbiera folię 2 np. folię aluminiową, a drugi membranę polimerową. Może być umieszczony tylko odbieralnik 11 kiedy jako folię 2 stosuje się np. papier.

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

   Cena 3000 zł