RU2079349C1 - Фильтрующий элемент для микро- и ультрафильтрации и способ его изготовления - Google Patents
Фильтрующий элемент для микро- и ультрафильтрации и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2079349C1 RU2079349C1 RU9494022486A RU94022486A RU2079349C1 RU 2079349 C1 RU2079349 C1 RU 2079349C1 RU 9494022486 A RU9494022486 A RU 9494022486A RU 94022486 A RU94022486 A RU 94022486A RU 2079349 C1 RU2079349 C1 RU 2079349C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- inorganic
- fibrous
- fibers
- inorganic fibers
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 title claims description 8
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 title claims description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title abstract description 10
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 claims abstract description 16
- -1 biology Substances 0.000 claims abstract description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 23
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 5
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 abstract 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 8
- OERNJTNJEZOPIA-UHFFFAOYSA-N zirconium nitrate Chemical compound [Zr+4].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O OERNJTNJEZOPIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 4
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005862 Whey Substances 0.000 description 1
- 102000007544 Whey Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010046377 Whey Proteins Proteins 0.000 description 1
- OENHQHLEOONYIE-UKMVMLAPSA-N all-trans beta-carotene Natural products CC=1CCCC(C)(C)C=1/C=C/C(/C)=C/C=C/C(/C)=C/C=C/C=C(C)C=CC=C(C)C=CC1=C(C)CCCC1(C)C OENHQHLEOONYIE-UKMVMLAPSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- TUPZEYHYWIEDIH-WAIFQNFQSA-N beta-carotene Natural products CC(=C/C=C/C=C(C)/C=C/C=C(C)/C=C/C1=C(C)CCCC1(C)C)C=CC=C(/C)C=CC2=CCCCC2(C)C TUPZEYHYWIEDIH-WAIFQNFQSA-N 0.000 description 1
- 235000013734 beta-carotene Nutrition 0.000 description 1
- 239000011648 beta-carotene Substances 0.000 description 1
- 229960002747 betacarotene Drugs 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TZNXTUDMYCRCAP-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);tetranitrate Chemical compound [Hf+4].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O TZNXTUDMYCRCAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000592 inorganic polymer Polymers 0.000 description 1
- 210000003041 ligament Anatomy 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OENHQHLEOONYIE-JLTXGRSLSA-N β-Carotene Chemical compound CC=1CCCC(C)(C)C=1\C=C\C(\C)=C\C=C\C(\C)=C\C=C\C=C(/C)\C=C\C=C(/C)\C=C\C1=C(C)CCCC1(C)C OENHQHLEOONYIE-JLTXGRSLSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/10—Supported membranes; Membrane supports
- B01D69/108—Inorganic support material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
- B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/14—Dynamic membranes
- B01D69/141—Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes
- B01D69/1411—Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes containing dispersed material in a continuous matrix
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/0215—Silicon carbide; Silicon nitride; Silicon oxycarbide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Использование: для микро-, ультра- и нанофильтрации в медицине, биологии, химической и пищевой промышленности. Сущность изобретения: фильтрующий элемент содержит грубопористую подложку и тонкопористую мембрану, выполненную в виде спеченного каркаса из неорганических волокон и неорганической неволокнистой матрицы, расположенной внутри каркаса. Способ изготовления фильтрующего элемента включает нанесение на поверхность подложки слоя неорганических волокон с последующей пропиткой раствором, содержащим соединения, переходящие при термообработке в неорганическую неволокнистую матрицу, сушку и обжиг 2 с. и 5 з. ф-лы. 1 табл. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области технологии изготовления мембран для микро-, ультра- и нанофильтрации и может быть использовано в медицине, биологии, химической и пищевой промышленности в процессах удаления или концентрирования дисперсных частиц, находящихся в жидкостях и газах.
Известен фильтрующий элемент для микро- и ультрафильтрации, содержащий грубопористую подложку и нанесенную на нее тонкопористую мембрану [1]
Однако данное устройство не обладает высокой производительностью из-за небольшой открытой пористости мембранного слоя, определяемой максимальной плотностью упаковки сферических или близких к ним по форме частиц, образующих мембрану.
Однако данное устройство не обладает высокой производительностью из-за небольшой открытой пористости мембранного слоя, определяемой максимальной плотностью упаковки сферических или близких к ним по форме частиц, образующих мембрану.
По технической сущности наиболее близким к предлагаемому устройству является фильтрующий элемент для микро- и ультрафильтрации, состоящий из грубопористой подложки и нанесенной на нее тонкопористой мембраны [2]
Однако и это известное устройство также не обладает высокой производительностью из-за небольшой открытой пористости мембранного слоя и недостаточной фильтрующей способности из-за крупнопористости мембраны.
Однако и это известное устройство также не обладает высокой производительностью из-за небольшой открытой пористости мембранного слоя и недостаточной фильтрующей способности из-за крупнопористости мембраны.
Известен способ изготовления фильтрующего элемента, состоящего из грубопористой подложки и тонкопористой мембраны, включающий осаждение на подложку из жидкой среды компонентов мембраны с последующей сушкой и обжигом [3]
Однако известный способ не позволяет изготовить фильтрующий элемент с высокой пористостью и производительностью.
Однако известный способ не позволяет изготовить фильтрующий элемент с высокой пористостью и производительностью.
По технической сущности наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления фильтрующего элемента, состоящего из грубопористой подложки и тонкопористой мембраны, включающий осаждение на подложку из жидкой среды компонентов мембраны с последующей сушкой и обжигом (см. патент Франции N 2553758, кл. C 04 B 38/06 от 1983 г.).
Однако и этот известный способ не позволяет изготовить фильтрующий элемент с высокой фильтрующей способностью и производительностью.
Техническим результатом является повышение пористости и производительности.
Для этого в фильтрующем элементе для микро- и ультрафильтрации, содержащем грубопористую подложку и нанесенную на нее тонкопористую мембрану, мембрана выполнена в виде спеченного каркаса из неорганических волокон и неорганической неволокнистой матрицы, расположенной внутри упомянутого каркаса, кроме того в качестве неорганических волокон используют волокна тугоплавких соединений типа оксидов, карбидов, нитридов, диаметром 0,05-1,0 мкм и с отношением длины к диаметру 10-100, объемная доля спеченного каркаса из неорганических волокон и мембране составляет 5-95% неорганическая неволокнистая матрица выполнена из керамики, а в способе изготовления фильтрующего элемента, состоящего из грубопористой подложки и тонкопористой мембраны, включающем осаждение на подложку из жидкой среды компонентов мембраны с последующей сушкой и обжигом, в качестве компонентов мембраны используют неорганические волокна и неорганические неволокнистые составляющие, причем вначале наносят на поверхность подложки слой неорганических волокон, а затем его пропитывают растворами, содержащими соединения, переходящие при термообработке в неволокнистую составляющую, кроме того в качестве упомянутых соединений используют вещества, способные полимеризоваться в жидкой среде, например, оксихлориды или оксинитраты циркония или алюминия.
Сущность изобретения заключается в том, что выполнение мембраны фильтрующего элемента в виде спеченного каркаса из неорганических волокон и неорганической неволокнистой матрицы, расположенной внутри каркаса позволило увеличить пористость мембраны при одновременном сохранении или уменьшении диаметра фильтрующей ячейки, что позволяет увеличить качество фильтрации и производительность.
Сравнение предлагаемого устройства и способа его изготовления с аналогами подтверждает выполнение критерия "новизна", а отсутствие в них отличительных признаков критерия "изобретательский уровень".
Пилотные испытания подтверждают возможность широкого промышленного использования.
На фиг. 1 представлена конструкция фильтрующего элемента (в разрезе), на фиг. 2 и 3 варианты конструкции для различных типов мембран.
Фильтрующий элемент содержит грубопористую подложку 1 и нанесенную на нее тонкопористую мембрану 2.
Мембрана 2 выполнена в виде спеченного волокнистого каркаса 3 и неволокнистой неорганической матрицы 4.
Каркас 3 выполнен из неорганических волокон, в качестве которых могут быть использованы волокна тугоплавких соединений типа оксидов, карбидов, нитридов, диаметром 0,05-1,0 мкм и соотношением длины к диаметру 10-100. Объемная доля каркаса в мембране составляет 5-95%
Жесткий каркас 3 мембраны 2 из волокон в отличие от мембран, полученных из порошков, позволяет достичь пористости около 90-95% причем вся пористость является открытой. Это обстоятельство предопределяет повышенную производительность такой волокнистой мембраны 2 по сравнению с порошковой не менее, чем в 2-3 раза. Волокна при укладе из суспензии на поверхность подложки при формировании мембраны значительно эффективнее, чем порошок, перекрывают и залечивают поры-дефекты в подложке 1. Волокнистая структура мембраны 2 обладает устойчивостью к трещинообразованию как при изготовлении элемента, так и при его эксплуатации.
Жесткий каркас 3 мембраны 2 из волокон в отличие от мембран, полученных из порошков, позволяет достичь пористости около 90-95% причем вся пористость является открытой. Это обстоятельство предопределяет повышенную производительность такой волокнистой мембраны 2 по сравнению с порошковой не менее, чем в 2-3 раза. Волокна при укладе из суспензии на поверхность подложки при формировании мембраны значительно эффективнее, чем порошок, перекрывают и залечивают поры-дефекты в подложке 1. Волокнистая структура мембраны 2 обладает устойчивостью к трещинообразованию как при изготовлении элемента, так и при его эксплуатации.
Номинальных (средний) размер пор и общая пористость в мембране 2 легко регулируется подбором диаметра волокна (d) и отношением его к длине (l). Так уменьшение d и l/d приводят соответственно к снижению среднего размера пор и процента общей пористости. Уменьшая d, но выбирая высокое значение l/d, можно получить мелкую среднюю пору, при высокой общей пористости и т.д. Уменьшение l/d меньше 10 у волокон приближает их по геометрическим параметрам к порошковым частицам и не допускает формирование каркаса с большой пористостью. К отрицательным последствиям приводит и увеличение отношения l/d больше 100, при этом в объеме мембраны нарушается однородность и регулярность каркаса 3, появляются дефектные участки.
В качестве исходных волокон для получения мембран 2 могут быть использованы неорганические монокристаллические или поликристаллические волокна, например, SiC, Al2O3, ZnO и др. Выбор вида волокна производится исходя из возможностей их геометрических параметров и условий эксплуатации мембраны (температурного интервала, химической совместимости со средой и др.).
Концентрацию исходных компонентов неорганической неволокнистой составляющей мембраны 2 в растворе подбирают так, чтобы конечное содержание неорганической неволокнистой матрицы в обожженной мембране 2 составляло 5-95% Нижний предел соответствует мембране 2, представляющей собой каркас 3 из волокон, скрепленный матрицей 4 только в местах их контакта между собой. По верхнему пределу мембрана выполнена с тонкопористой пленкой 5, армированной волокнами 3.
Способ изготовления фильтрующего элемента включает в себя осаждение на подложку 1 из жидкой среды компонентов мембраны 2 с последующей сушкой и обжигом.
Особенностью предлагаемого способа является то, что в качестве компонентов мембраны 2 используют неорганические волокна и неорганические неволокнистые составляющие. При этом вначале наносят на поверхность подложки слой неорганических волокон, образующих каркас 3, а затем пропитывают раствором, содержащим соединения, переходящие при термообработке (отжиге) в неорганическую неволокнистую составляющую (матрицу 4). Кроме того, в качестве упомянутых соединений используют вещества, способные полимеризоваться в жидкой среде, например, оксихлориды или оксинитраты циркония или алюминия.
Пропитку волокнистого каркаса 3 ведут в статистическом или динамической режиме с прокачиванием раствора над поверхностью волокнистого слоя. По завершению пропитки фильтроэлемент подвергают сушке и высокотемпературному обжигу.
Согласно данному изобретению возможны различные варианты получения оптимальной структуры и характеристик мембраны 2 в зависимости от ее назначения.
Для микрофильтров с порогом задержки 0,1-0,2 мкм и выше, а также для ультрафильтрационных мембран с порогом не ниже 50-60 КДальтон (0,05 мкм) возможна конструкция мембраны 2, состоящая только из волокнистого каркаса 3, спеченного небольшой добавкой неволокнистой керамики (фиг. 2). Такую конструкцию получают, используя растворы с минимальной концентрацией соединения, образующего неорганическую неволокнистую компоненту мембраны 2, так чтобы ее содержание в мембране было в пределах 5-15% по отношению к объемной доле волокон.
В этом случае порог задержки определяется расстоянием между волокнами в каркасе 3. Последнее зависит от диаметра волокон и плотности их упаковки в мембранном слое, которая в свою очередь определяется отношением длины волокна к диаметру. В таблице 1 приведены значения порога задержки при различных значениях диаметра и отношения длины к диаметру волокон. Минимальный диаметр технически доступных керамических волокон составляет 0,05 мкм и соответствует порогу задержки 50-60 КДальтон (0,05 мкм).
Главным преимуществом волокнистой керамической мембраны в сравнении с известными порошковыми является повышенная производительность из-за возможности достижения в волокнистой системе значительно меньшей плотности упаковки и значений открытой пористости вплоть до 93-95% Значения производительности волокнистых мембран с разным порогом задержки (по дистиллированной воде в начальный момент при P=1 атм) произведены в таблице 1. Указанные значения существенно превосходят известные для керамических мембран с порошковой структурой.
Для получения мембран с порогом задержки менее 50 КДальтон (0,05 мкм) согласно данному изобретению в пропитывающем растворе изменяют состав с увеличением концентрации полимерообразующего компонента неорганической неволокнистой составляющей мембраны 2. При этом состав раствора, концентрации пластификатора и выгорающей добавки, а также режимы сушки подбирают таким образом, чтобы при выходе неорганических компонентов раствора с водой на поверхность мембраны 2 и при одновременной с этим полимеризации раствора между волокнами, в поверхностной части каркаса 3 образовывались пленки 5 неорганического полимера, превращающиеся в дальнейшем в оксиды алюминия, циркония или другие оксиды. В данном случае основным фильтрующим элементом мембраны 2 служат указанные пленки 5, а их удерживающая способность определяется толщиной пленки, размером и конфигурацией пор, образующихся в них в процессе термообработки (фиг. 3).
Для достижения максимальной производительности желательно, чтобы эти пленки 5 имели минимальную толщину и соответственно минимальное гидравлическое сопротивление. Установлено, что по данному изобретению вполне возможно добиться сплошного слоя пленок Al2O3 и ZrO2 с толщинами около 0,1 мкм. Это достигается при концентрации полимерообразующей компоненты раствора соответствующей объемной доле пленки 5 в конечной мембране 2 на уровне 10 40 об.
За счет малой толщины пленок 5 производительность получаемых данным способом мембран 2 в несколько раз превосходит производительность известных керамических и полимерных мембран.
Необходимо отметить, что при таких малых толщинах пленки 5 волокнистая мембрана способна выдерживать высокие давления, что особенно важно при регенерации мембран импульсов обратного давления. Эта способность связана с армирующим эффектом волокнистого каркаса 3 и с тем, что каждый участок пленки 5, натянутый между смежными волокнами, работает под нагрузкой как самостоятельный конструкционный элемент с малой площадью (порядка 0,1 мкм).
Микро- и ультрафильтрационные мембраны композитной структуры опробованы при осветлении вина, выделении β-каротина, стерилизации сыворотки крови, выделении молочной сыворотки и во многих других процессах.
Результаты подтвердили заявленные в данном описании преимущества по производительности, качеству фильтрации, устойчивости к растрескиванию и образованию дефектов, надежности при эксплуатации и низкой себестоимости производства.
Пример 1
Для изготовления керамического фильтроэлемента в качестве подложки 1 используют одноканальные пористые трубки из a -оксида алюминия (внутренний диаметр 6 мм, наружный 10 мм, длина 300 мм). Подложки 1 имеют пористость 35
45% средний диаметр пор 10 мкм, начальная производительность по дистиллированной воде: 30000 40000 л/м час атм.
Для изготовления керамического фильтроэлемента в качестве подложки 1 используют одноканальные пористые трубки из a -оксида алюминия (внутренний диаметр 6 мм, наружный 10 мм, длина 300 мм). Подложки 1 имеют пористость 35
45% средний диаметр пор 10 мкм, начальная производительность по дистиллированной воде: 30000 40000 л/м час атм.
Для формирования мембраны 2 с порогом задержки 0,1 мкм используют водную суспензию монокристаллических волокон карбида кремния со среднечисленным значением диаметра 0,15 мкм и имеющих среднее отношение длины к диаметру около 70.
Объем водной суспензии на одну трубку, связанный с заданной толщиной мембранного слоя определяют из соотношения:
где Vc объем суспензии, л;
0,3 концентрация волокон в суспензии, г/л;
h заданная толщина мембраны, см;
S площадь покрываемой поверхности, см2;
P плотность волокна, г/см3;
γ относительная плотность мембранного слоя,
Например, для мембраны толщиной 40 мкм, площади покрываемой поверхности 150 см2, плотности волокна 3,2 г/см3 и относительной плотности 10% объем суспензии равен 0,6 л.
где Vc объем суспензии, л;
0,3 концентрация волокон в суспензии, г/л;
h заданная толщина мембраны, см;
S площадь покрываемой поверхности, см2;
P плотность волокна, г/см3;
γ относительная плотность мембранного слоя,
Например, для мембраны толщиной 40 мкм, площади покрываемой поверхности 150 см2, плотности волокна 3,2 г/см3 и относительной плотности 10% объем суспензии равен 0,6 л.
Рассчитанный объем суспензии подают внутрь трубки под давлением. В результате на внутренней поверхности канала трубки формируется слой из волокон. После этого трубку высушивают на воздухе в течение 2-х часов при температуре 105oC.
Количество неорганической неволокнистой составляющей в мембране 2 по отношению к нитевидным кристаллам карбида кремния задают равным 5 об. Для этого по внутреннему каналу просушенных трубок пропускают водный раствор азотнокислого циркония (с концентрацией по оксиду циркония 6 вес.) с добавлением глицерина (2 части на 98 частей раствора). Трубки сушат при температуре 40oC в течение 24 часов, а затем обжигают при 700oC в течение 1 часа.
Полученные фильтроэлементы имеют производительность около 7500 л/м2 час атм и средний диаметр пор около 0,18 мкм.
Пример 2
Фильтроэлементы с порогом задержки 0,25 мкм изготавливают согласно описанию примера 1 за исключением того, что в качестве волокнистой компоненты мембранного слоя используют монокристаллические волокна карбида кремния со значением диаметра 0,15 мкм и средним отношением длины к диаметру около 100.
Фильтроэлементы с порогом задержки 0,25 мкм изготавливают согласно описанию примера 1 за исключением того, что в качестве волокнистой компоненты мембранного слоя используют монокристаллические волокна карбида кремния со значением диаметра 0,15 мкм и средним отношением длины к диаметру около 100.
Полученные фильтроэлементы имеют производительность около 10000 л/м2 час атм и средний диаметр пор около 0,24 мкм.
Пример 3
Для изготовления керамического фильтроэлемента с порогом задержки 0,5 мкм используют подложки 1 на основе a -оксида алюминия, представляющие собой трубку с внешним диаметром 22 мм с 7-ю продольными каналами, имеющим диаметр 4,5 мм. Трубка имеет средний размер пор около 15 мкм и производительность около 60000 л/м час атм.
Для изготовления керамического фильтроэлемента с порогом задержки 0,5 мкм используют подложки 1 на основе a -оксида алюминия, представляющие собой трубку с внешним диаметром 22 мм с 7-ю продольными каналами, имеющим диаметр 4,5 мм. Трубка имеет средний размер пор около 15 мкм и производительность около 60000 л/м час атм.
Для формирования мембранного слоя используют поликристаллические волокна на основе оксида алюминия со среднечисленным значением диаметра около 0,8 мкм и средним значением отношения длины к диаметру около 10. Объем водной суспензии волокон, связанный с заданной толщиной мембранного слоя, рассчитывают из соотношения аналогичного приведенному в примере 1.
Рассчитанный объем суспензии подают во внутренние каналы трубки под давлением. В результате на внутренних поверхностях каналов трубки формируется слой из волокон. Трубку высушивают при температуре 105oC в течение 4-х часов.
Далее по внутренним каналам просушенных трубок пропускают водный раствор оксихлорида алюминия (с концентрацией по оксихлориду алюминия до 10%) с добавлением глицерина (2 части на 98 частей раствора). Указанная концентрация соответствует содержанию неволокнистой связки в мембране около 5 об.
Трубки сушат при 40oC в течение 24 часов и затем обжигают при 1100oC в течение 1 часа.
Полученные фильтроэлементы имеют производительность около 14000 л/м атм час и средний размер пор 0,6 мкм.
Пример 4
При изготовлении фильтроэлемента с ультрамембраной, имеющей порог задержки на уровне 50 КДальтон, в качестве трубки-подложки используют готовый керамический фильтроэлемент с характеристиками, полученными по описанию примера 1.
При изготовлении фильтроэлемента с ультрамембраной, имеющей порог задержки на уровне 50 КДальтон, в качестве трубки-подложки используют готовый керамический фильтроэлемент с характеристиками, полученными по описанию примера 1.
Для формирования ультрамембраны используют монокристаллические волокна карбида кремния, имеющие среднечисленное значение диаметра 0,05 мкм и среднее отношение длины к диаметру около 30.
Суспензию в количестве 5 л с концентрацией волокон 0,08 г/л заливают в емкость циркуляционного контура, в который встраивают фильтроэлемент. Мембранный слой на внутреннем канале трубки формируют в процессе циркуляции суспензии по контуру. При этом давление на входе и выходе трубки устанавливают 1,2 и 0,8 атм соответственно. Процесс формирования слоя прекращают по достижению уровня скорости выхода фильтрата около 4 мл/сек. После этого трубку высушивают при температуре 105oC в течение 2-х часов.
Далее по внутреннему каналу просушенных трубок пропускают водный раствор азотнокислого циркония (с концентрацией по оксиду циркония до 10 вес.). Это соответствует содержанию керамической неволокнистой составляющей в мембранном слое около 25 об. По завершении указанной операции трубки сушат при 40oC в течение 24 часов и затем обжигают при 700oC в течение 1 часа.
Полученные фильтроэлементы имеют производительность около 1200 л/м2 час атм и средний диаметр пор около 0,06 мкм, что соответствует величине номинального молекулярно-массового предела задерживания в 50 60 КДальтон.
Пример 5
Фильтроэлементы с порогом задержки 15 20 КДальтон (≈0,02 мкм) изготавливают по описанию примера 4 за исключением того, что для формирования неорганической неволокнистой составляющей мембранного слоя используют смесь водных растворов (в пропорции 1:1:1) азотнокислого циркония (с концентрацией по оксиду циркония до 25 вес.), азотнокислого гафния (с концентрацией по оксиду гафния до 25 вес.) и оксихлорида алюминия (с концентрацией по оксиду алюминия до 25 вес.). Это соответствует содержанию керамической неволокнистой составляющей в мембранном слое около 60%
Полученные фильтроэлементы имеют производительность около 200 л/м2 час атм и средний диаметр пор около 0,02 мкм, что соответствует величине номинального молекулярно-массового предела задерживания в 15 20 КДальтон.
Фильтроэлементы с порогом задержки 15 20 КДальтон (≈0,02 мкм) изготавливают по описанию примера 4 за исключением того, что для формирования неорганической неволокнистой составляющей мембранного слоя используют смесь водных растворов (в пропорции 1:1:1) азотнокислого циркония (с концентрацией по оксиду циркония до 25 вес.), азотнокислого гафния (с концентрацией по оксиду гафния до 25 вес.) и оксихлорида алюминия (с концентрацией по оксиду алюминия до 25 вес.). Это соответствует содержанию керамической неволокнистой составляющей в мембранном слое около 60%
Полученные фильтроэлементы имеют производительность около 200 л/м2 час атм и средний диаметр пор около 0,02 мкм, что соответствует величине номинального молекулярно-массового предела задерживания в 15 20 КДальтон.
Пример 6
Фильтроэлементы с порогом задержки 5 6 КДальтон (-0,01 мкм) изготавливают по описанию примера N 5 за исключением того, что для формирования неорганической составляющей мембранного слоя используют смесь водных растворов (в пропорции 1:3) азотнокислого циркония (с концентрацией по оксиду циркония до 25 вес.) и оксихлорида алюминия (с концентрацией по оксиду алюминия до 25 вес.). Содержание неволокнистой фракции в мембранном слое составляет в этом случае около 95%
Полученные фильтроэлементы имеют производительность около 100 л/м2 час атм и средний диаметр пор около 0,01 мкм, что соответствует величине номинального молекулярно-массового предела задерживания в 5 6 КДальтон.
Фильтроэлементы с порогом задержки 5 6 КДальтон (-0,01 мкм) изготавливают по описанию примера N 5 за исключением того, что для формирования неорганической составляющей мембранного слоя используют смесь водных растворов (в пропорции 1:3) азотнокислого циркония (с концентрацией по оксиду циркония до 25 вес.) и оксихлорида алюминия (с концентрацией по оксиду алюминия до 25 вес.). Содержание неволокнистой фракции в мембранном слое составляет в этом случае около 95%
Полученные фильтроэлементы имеют производительность около 100 л/м2 час атм и средний диаметр пор около 0,01 мкм, что соответствует величине номинального молекулярно-массового предела задерживания в 5 6 КДальтон.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготовить фильтрующий элемент, обладающий более высокой фильтрующей способностью и повышенной производительностью.
Claims (6)
1. Фильтрующий элемент для микро- и ультрафильтрации, содержащий грубопористую подложку и нанесенную на нее тонкопористую мембрану, отличающийся тем, что мембрана выполнена в виде спеченного каркаса из неорганических волокон и неорганической неволокнистой матрицы, расположенной внутри упомянутого каркаса.
2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что в качестве неорганических волокон используют волокна тугоплавких соединений типа оксидов, или карбидов или нитридов диаметром 0,05 1,0 мкм и отношением длины к диаметру 10 100.
3. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что объемная доля спеченного каркаса из неорганических волокон в мембране составляет 5 95%
4. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что неорганическая неволокнистая матрица выполнена из керамики.
4. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что неорганическая неволокнистая матрица выполнена из керамики.
5. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что неорганическая неволокнистая матрица выполнена с поверхностной пленкой.
6. Способ изготовления фильтрующего элемента, состоящего из грубопористой подложки и тонкопористой мембраны, включающий осаждение на подложку из жидкой среды компонентов мембраны с последующей сушкой и отжигом, отличающийся тем, что в качестве компонентов мембраны используют неорганические волокна и неорганические неволокнистые составляющие, причем вначале наносят на поверхность подложки слой неорганических волокон, а затем пропитывают раствором, содержащим соединения, переходящие при термообработке в неорганическую неволокнистую матрицу.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве упомянутых соединений используют вещества, способные полимеризоваться в жидкой среде, например оксихлориды и/или оксинитраты циркония или алюминия.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9494022486A RU2079349C1 (ru) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | Фильтрующий элемент для микро- и ультрафильтрации и способ его изготовления |
| PCT/RU1994/000202 WO1995035155A1 (fr) | 1994-06-17 | 1994-08-29 | Filtre pour micro et ultra filtration et son procede de production |
| AU76680/94A AU7668094A (en) | 1994-06-17 | 1994-08-29 | Filter unit for micro- and ultrafiltration and a method of manufacturing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9494022486A RU2079349C1 (ru) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | Фильтрующий элемент для микро- и ультрафильтрации и способ его изготовления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94022486A RU94022486A (ru) | 1996-02-10 |
| RU2079349C1 true RU2079349C1 (ru) | 1997-05-20 |
Family
ID=20157164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9494022486A RU2079349C1 (ru) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | Фильтрующий элемент для микро- и ультрафильтрации и способ его изготовления |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU7668094A (ru) |
| RU (1) | RU2079349C1 (ru) |
| WO (1) | WO1995035155A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469777C2 (ru) * | 2007-06-22 | 2012-12-20 | Дженерал Электрик Компани | Способы и устройства для динамической фильтрации фармацевтических продуктов |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6582386B2 (en) | 2001-03-06 | 2003-06-24 | Baxter International Inc. | Multi-purpose, automated blood and fluid processing systems and methods |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2553758B1 (fr) * | 1983-10-25 | 1991-07-05 | Ceraver | Materiau poreux et filtre tubulaire comprenant ce materiau |
| FR2575459B1 (fr) * | 1984-12-28 | 1991-10-04 | Commissariat Energie Atomique | Procede de fabrication de membranes minerales, poreuses et permeables |
| EP0332789B1 (fr) * | 1988-03-17 | 1994-02-23 | Societe Des Ceramiques Techniques | Membrane de filtration et procédé de fabrication |
| US4888114A (en) * | 1989-02-10 | 1989-12-19 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Sintered coating for porous metallic filter surfaces |
-
1994
- 1994-06-17 RU RU9494022486A patent/RU2079349C1/ru active
- 1994-08-29 WO PCT/RU1994/000202 patent/WO1995035155A1/ru active Application Filing
- 1994-08-29 AU AU76680/94A patent/AU7668094A/en not_active Abandoned
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Патент Франции N 2580517, кл. B 01 D 39/20, 1986. 2. Патент Франции N 2565499, кл. C 04 B 38/00, 1984. 3. Патент Франции N 2553758, кл. C 04 B 38/06, 1985. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469777C2 (ru) * | 2007-06-22 | 2012-12-20 | Дженерал Электрик Компани | Способы и устройства для динамической фильтрации фармацевтических продуктов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU7668094A (en) | 1996-01-15 |
| WO1995035155A1 (fr) | 1995-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6780466B2 (en) | Cross-flow filter membrane and method of manufacturing it | |
| US20190202747A1 (en) | Inorganic membrane filter and methods thereof | |
| US9149771B2 (en) | Ceramic porous membrane and ceramic filter | |
| US7767257B2 (en) | Method for preparing a porous inorganic coating on a porous support using certain pore formers | |
| Soria | Overview on industrial membranes | |
| US5143614A (en) | Membrane device for filtration, separation, or catalytic reaction | |
| US5186833A (en) | Composite metal-ceramic membranes and their fabrication | |
| WO2009119292A1 (ja) | セラミックフィルタ | |
| Prádanos et al. | Mechanisms of protein fouling in cross-flow UF through an asymmetric inorganic membrane | |
| US4865739A (en) | Process for producing a porous mineral membrane on a mineral support | |
| Okubo et al. | Preparation of a sol-gel derived thin membrane on a porous ceramic hollow fiber by the filtration technique | |
| US5030351A (en) | Process for the preparation of a binary membrane top layer | |
| RU2079349C1 (ru) | Фильтрующий элемент для микро- и ультрафильтрации и способ его изготовления | |
| JP2002066280A (ja) | ガス分離フィルタおよびその製造方法 | |
| JPH03267129A (ja) | セラミック膜フイルタ | |
| JP2004089838A (ja) | 分離膜モジュール及びその製造方法 | |
| JPH0243928A (ja) | 無機多孔質膜 | |
| KR102230182B1 (ko) | 테이프 캐스팅 방식을 적용한 평판형 세라믹 분리막 제조방법 | |
| JP2003220319A (ja) | 分離膜モジュール及びその製造方法 | |
| JP2946925B2 (ja) | 端部が含浸封止された多孔質セラミックス中空糸の製造法 | |
| RU2031891C1 (ru) | Способ изготовления керамического фильтроэлемента | |
| JP2002143655A (ja) | セラミックフィルタ及びセラミックフィルタの製造方法 | |
| JP3431083B2 (ja) | 薄膜積層方法 | |
| JPH03284328A (ja) | セラミック膜フイルタおよびその製造方法 | |
| RU2712671C1 (ru) | Способ получения неорганического мембранного материала |