RU2233196C1 - Method of pickling fluoropolymeric track membranes - Google Patents

Method of pickling fluoropolymeric track membranes Download PDF

Info

Publication number
RU2233196C1
RU2233196C1 RU2003115929/15A RU2003115929A RU2233196C1 RU 2233196 C1 RU2233196 C1 RU 2233196C1 RU 2003115929/15 A RU2003115929/15 A RU 2003115929/15A RU 2003115929 A RU2003115929 A RU 2003115929A RU 2233196 C1 RU2233196 C1 RU 2233196C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solution
etching
pickling
film
flow rate
Prior art date
Application number
RU2003115929/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003115929A (en
Inventor
тов А.В. Дес (RU)
А.В. Десятов
А.В. Егоров (RU)
А.В. Егоров
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр им. М.В. Келдыша"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр им. М.В. Келдыша" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр им. М.В. Келдыша"
Priority to RU2003115929/15A priority Critical patent/RU2233196C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2233196C1 publication Critical patent/RU2233196C1/en
Publication of RU2003115929A publication Critical patent/RU2003115929A/en
Priority to US11/189,363 priority patent/US7597815B2/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002Organic membrane manufacture
    • B01D67/0023Organic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes
    • B01D67/0032Organic membrane manufacture by inducing porosity into non porous precursor membranes by elimination of segments of the precursor, e.g. nucleation-track membranes, lithography or laser methods
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2323/00Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/08Specific temperatures applied
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2323/00Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/08Specific temperatures applied
    • B01D2323/081Heating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2323/00Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/34Use of radiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/30Polyalkenyl halides
    • B01D71/32Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
    • B01D71/34Polyvinylidene fluoride

Abstract

FIELD: separation.
SUBSTANCE: method includes treating the fluoropolymeric film irradiated with heavy charged particles in alkaline solution of potassium permanganate. In addition, salts of alkaline metals (e.g., sodium chloride) are introduced into the pickling solution up to the complete saturation of the solution at the boiling temperature, which provides the pickling temperature within 100-120oC. The pickling is carried out under the forced circulation of the pickling solution over the surface of the film with a flow rate providing Re=200. The pickling lasts no less than 3 hours. The power of the heater and the flow rate of the pickling solution are set to provide the overheat of the solution by no more than 1oC.
EFFECT: enhanced efficiency of pickling.
1 cl

Description

Изобретение относится к области мембранной технологии, а именно к способам травления полимерных пленок для получения пористых полупроницаемых мембран, применяемых в производственных процессах, связанных с очисткой химически активных сред от микропримесей.The invention relates to the field of membrane technology, and in particular to methods of etching polymer films to obtain porous semi-permeable membranes used in industrial processes associated with the purification of chemically active media from microimpurities.

Известен способ травления трековых мембран, заключающиеся в том, что полимерную пленку, облученную тяжелыми заряженньми частицами, подвергают химическому травлению при повышенной температуре в растворе, содержащем соединения шестивалентного хрома (Патент РФ №2056151, МПК B 01 D 67/00, опубл. 20.03.96, БИ №8).A known method of etching track membranes, which consists in the fact that the polymer film irradiated with heavy charged particles is subjected to chemical etching at elevated temperature in a solution containing hexavalent chromium compounds (RF Patent No. 2056151, IPC B 01 D 67/00, publ. 20.03. 96, BI No. 8).

Недостатком данного способа является то, что соединения хрома прочно сорбируются на поверхности полимерной пленки, удалить их на стадии отмывки бывает достаточно сложно, а их наличие при работе мембраны приводит к загрязнению фильтруемой жидкости.The disadvantage of this method is that chromium compounds are firmly adsorbed on the surface of the polymer film, it can be difficult to remove them at the washing stage, and their presence during membrane operation leads to contamination of the filtered liquid.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности признаков является способ травления фторполимерных трековых мембран, заключающийся в том, что облученную тяжелыми заряженными частицами пленку обрабатывают в травильном растворе, содержащем в качестве окислителя перманганат калия и гидроокись натрия при температурах 80-110°С. Травление проводят в закрытом сосуде. (Shirkova V.V., Tretyakova S.P. Physical and chemical basis for the manufacturing of fluoropolymer track membranes. Radiation Measurements Vol. 28, Nosl-6, pp 791-798, 1997).The closest technical solution to the claimed combination of features is the method of etching fluoropolymer track membranes, which consists in treating the film irradiated with heavy charged particles in an etching solution containing potassium permanganate and sodium hydroxide as an oxidizing agent at temperatures of 80-110 ° C. Etching is carried out in a closed vessel. (Shirkova V.V., Tretyakova S.P. Physical and chemical basis for the manufacturing of fluoropolymer track membranes. Radiation Measurements Vol. 28, Nosl-6, pp 791-798, 1997).

Недостатком указанного способа является то, что проведение травления при температуре ниже 100°С значительно увеличивает время травления и процесс становится не эффективным. Кроме того, при травлении в закрытом сосуде, в отсутствие циркуляции травильного раствора может наблюдаться неравномерный нагрев раствора, вследствие чего скорость травления может отличаться в разных точках поверхности пленки.The disadvantage of this method is that the etching at temperatures below 100 ° C significantly increases the etching time and the process becomes ineffective. In addition, when etching in a closed vessel, in the absence of circulation of the etching solution, uneven heating of the solution can be observed, as a result of which the etching rate may differ at different points on the film surface.

Целью изобретения является повышение эффективности травления для обеспечения более высокого качества фторполимерных мембран.The aim of the invention is to increase the etching efficiency to ensure higher quality fluoropolymer membranes.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе травления фторполимерных трековых мембран, включающем обработку облученной тяжелыми заряженными частицами фторполимерной пленки в щелочном растворе перманганата калия, в травильный раствор вводят соли щелочных металлов в концентрации вплоть до полного насыщения раствора при температуре кипения, позволяющие обеспечить температуру травления в интервале 100-120°С, травление осуществляют в условиях принудительной циркуляции травильного раствора вдоль поверхности пленки с расходом, обеспечивающим Re=200, при этом травление проводят не менее 3 часов, а мощность подогревателя и расход травильного раствора задают так, чтобы перегрев раствора не превышал 1°С. Кроме того, в качестве соли щелочного металла используютхлорид натрия.This goal is achieved by the fact that in the proposed method of etching fluoropolymer track membranes, which includes treating the fluoropolymer film irradiated with heavy charged particles in an alkaline solution of potassium permanganate, alkali metal salts are introduced into the etching solution until the solution is completely saturated at the boiling point, which allows the etching temperature to be ensured in the range of 100-120 ° C, etching is carried out under conditions of forced circulation of the etching solution along the surface of the film with swing providing Re = 200, and the etching is carried out for at least 3 hours, and the heater power and the etching solution flow rate is set so that the superheat of the solution did not exceed 1 ° C. In addition, sodium chloride is used as the alkali metal salt.

Введение в травильный раствор химически нейтрального по отношению к компонентам раствора и к полимерной пленке вещества, имеющего высокую температуру кипения насыщенного раствора, позволяет повысить температуру кипения травильного раствора выше 100°С, не повышая давления в системе. В качестве такого вещества могут выступать некоторые соли щелочных металлов. Циркуляция травильного раствора вдоль поверхности пленки дает возможность сократить время химической обработки пленки, что чрезвычайно важно, поскольку селективность травления (отношение скорости травления треков к скорости травления поверхности пленки) достаточно высока только на начальном этапе травления.The introduction of a substance having a high boiling point of a saturated solution into the etching solution that is chemically neutral with respect to the components of the solution and to the polymer film makes it possible to increase the boiling temperature of the etching solution above 100 ° C without increasing the pressure in the system. Some alkali metal salts may act as such a substance. The circulation of the etching solution along the surface of the film makes it possible to reduce the time of chemical treatment of the film, which is extremely important because the selectivity of etching (the ratio of the etching rate of tracks to the etching rate of the film surface) is high enough only at the initial stage of etching.

Прокачиванием травильного раствора внутри травильной ванны обеспечивают равномерный нагрев всей поверхности пленки. При этом мощность подогревателя и расход травильного раствора связаны между собой таким образом, чтобы перегрев раствора не превышал 1°С. Т.е.:By pumping the pickling solution inside the pickling bath, the entire surface of the film is uniformly heated. In this case, the heater power and the etching solution flow rate are interconnected so that the solution overheating does not exceed 1 ° C. Those.:

N≤Q·Cр·ΔT,N≤Q · C p · ΔT,

где N - мощность подогревателя, Вт;where N is the power of the heater, W;

Q - расход травильного раствора, м3/с;Q is the consumption of the etching solution, m 3 / s;

Ср - теплоемкость раствора, Дж/м3·К;With p is the heat capacity of the solution, J / m 3 · K;

ΔT - перегрев раствора, К.ΔT - overheating of the solution, K.

Поскольку перегрев раствора составляет 1°С (1К), то N≤Q·Cр.Since the overheating of the solution is 1 ° C (1K), then N≤Q · C p .

Расход прокачиваемого раствора должен обеспечивать Re=200. Такой расход травильного раствора позволяет свести градиент температур практически к нулю, чем обеспечивается одинаковая скорость травления во всех точках поверхности пленки, и, соответственно, сужается диапазон распределения пор по размерам. Кроме того, при больших временах травления двуокись марганца, образующаяся в результате реакции, оседает на поверхности пленки, затрудняя доступ травильного раствора к реакционной зоне, в результате чего снижается скорость реакции. При циркуляции раствора в травильной ванне осаждающиеся продукты реакции, по крайней мере частично, смываются с поверхности пленки, и скорость процесса остается примерно постоянной в течение всего времени травления. Таким образом, повышается качество получаемых мембран.The flow rate of the pumped solution should provide Re = 200. This consumption of the etching solution allows us to reduce the temperature gradient to almost zero, which ensures the same etching rate at all points of the film surface, and, accordingly, the range of pore size distribution is narrowed. In addition, with long etching times, manganese dioxide formed as a result of the reaction settles on the film surface, making it difficult for the etching solution to access the reaction zone, resulting in a decrease in the reaction rate. When the solution circulates in the pickling bath, the precipitated reaction products are washed off at least partially from the surface of the film, and the process speed remains approximately constant throughout the entire pickling time. Thus, the quality of the resulting membranes is increased.

Время травления должно составлять 3-9 часов, в зависимости от требуемого диаметра пор и толщины пленки.The etching time should be 3–9 hours, depending on the required pore diameter and film thickness.

Выбранные интервалы температур и времени определяются следующими факторами. Проведение травления при температуре ниже 100°С не рационально, так как при этом время травления значительно увеличивается, и процесс становится неэффективным. Температуру выше 120°С предложенным способом обеспечить сложно. При времени травления менее 3 часов образования пор не происходит, использование же значения времени большего, чем указанного в диапазоне, не приводит к дальнейшему росту положительного эффекта, к тому же для пленок с высокой пористостью может привести к потере пленкой требуемых механических свойств, поэтому практически нецелесообразно.The selected temperature and time intervals are determined by the following factors. Carrying out etching at temperatures below 100 ° C is not rational, since the etching time is significantly increased, and the process becomes ineffective. It is difficult to provide a temperature above 120 ° C with the proposed method. At an etching time of less than 3 hours, pore formation does not occur, use of a time value greater than that specified in the range does not lead to a further increase in the positive effect, moreover, for films with high porosity it can lead to the loss of the required mechanical properties by the film, therefore, it is practically inexpedient .

Способ осуществляется следующим образом. В травильную ванну наливают раствор, содержащий 20 мас.% КМnO4, 13 мас.% NaOH и соль щелочного металла в концентрации от 200 г/л до концентрации полного насыщения при температуре кипения. Затем включают насос и электронагреватель и доводят циркулирующий травильный раствор до рабочей температуры. По достижении раствором необходимой температуры опускают в ванну кассету с облученной тяжелыми заряженными частицами фторполимерной пленкой и подвергают ее химическому травлению в течение 3-9 часов. Прокачиванием травильного раствора внутри травильной ванны обеспечивают равномерный нагрев всей поверхности пленки. Температура и время травления могут отличаться для разных типов пленки.The method is as follows. A solution containing 20 wt.% KMnO 4 , 13 wt.% NaOH and an alkali metal salt in a concentration of 200 g / l to a concentration of full saturation at the boiling point is poured into the pickling bath. Then turn on the pump and electric heater and bring the circulating pickling solution to the operating temperature. When the solution reaches the required temperature, the cassette with the fluoropolymer film irradiated with heavy charged particles is lowered into the bath and chemically etched for 3-9 hours. By pumping the pickling solution inside the pickling bath, the entire surface of the film is uniformly heated. The temperature and time of etching may vary for different types of film.

Пример 1. Облученную ускоренными ионами криптона (плотность треков 1·108 см-2) поливинилиденфторидную пленку толщиной 13 мкм подвергают травлению в растворе, содержащем 20 мас.% КМnO4, 13 мас.% NaOH и 20 мас.% NaCl при 110°С в течение 5 часов. Травильный раствор циркулирует внутри травильной ванны с расходом 1 м3/ч (такой расход обеспечивает Re=200 для экспериментальной установки). Получают мембрану с эффективным диаметром пор 0,3 мкм.Example 1. Irradiated with accelerated krypton ions (track density 1 · 10 8 cm -2 ) a 13 μm thick polyvinylidene fluoride film is etched in a solution containing 20 wt.% KMnO 4 , 13 wt.% NaOH and 20 wt.% NaCl at 110 ° C for 5 hours. The pickling solution circulates inside the pickling bath with a flow rate of 1 m 3 / h (this flow rate provides Re = 200 for the experimental setup). A membrane with an effective pore diameter of 0.3 μm is obtained.

Для сравнения аналогичные испытания проводят с мембраной, полученной по способу-прототипу (травят в растворе, содержащем 20 мас.% КМnO4 и 13 мас.% NaOH при 100°С в течение 6 часов). Получают мембрану с эффективным диаметром пор 0,17 мкм, что в 1,8 раза меньше, чем для мембраны, полученной по предлагаемому способу.For comparison, similar tests are carried out with a membrane obtained by the prototype method (etched in a solution containing 20 wt.% KMnO 4 and 13 wt.% NaOH at 100 ° C for 6 hours). Get a membrane with an effective pore diameter of 0.17 μm, which is 1.8 times less than for the membrane obtained by the proposed method.

Пример 2. Облученную ускоренными ионами криптона (плотность треков 5·107 см-2) поливинилиденфторидную пленку толщиной 25 мкм подвергают травлению в растворе, содержащем 20 мас.% КМnO4, 13 мас.% NaOH и 20 мас.% NaCl при 105°С в течение 8 часов. Травильный раствор циркулирует внутри травильной ванны с расходом 1 м3/ч (такой расход обеспечивает Re=200 для экспериментальной установки). Получают мембрану с эффективным диаметром пор 0,4 мкм.Example 2. Irradiated with accelerated krypton ions (track density 5 · 10 7 cm -2 ) a polyvinylidene fluoride film 25 μm thick is subjected to etching in a solution containing 20 wt.% KMnO 4 , 13 wt.% NaOH and 20 wt.% NaCl at 105 ° C for 8 hours. The pickling solution circulates inside the pickling bath with a flow rate of 1 m 3 / h (this flow rate provides Re = 200 for the experimental setup). A membrane with an effective pore diameter of 0.4 μm is obtained.

Для сравнения аналогичные испытания проводят с мембраной, полученной по способу-прототипу (травят в растворе, содержащем 20 мас.% КМnO4 и 13 мас.% NaOH при 100°С в течение 8 часов). Получают мембрану с эффективным диаметром пор 0,1 мкм, что в 4 раза меньше, чем для мембраны, полученной по предлагаемому способу.For comparison, similar tests are carried out with a membrane obtained by the prototype method (etched in a solution containing 20 wt.% KMnO 4 and 13 wt.% NaOH at 100 ° C for 8 hours). Get a membrane with an effective pore diameter of 0.1 μm, which is 4 times less than for the membrane obtained by the proposed method.

Claims (2)

1. Способ травления фторполимерных трековых мембран, включающий обработку облученной тяжелыми заряженными частицами фторполимерной пленки в щелочном растворе перманганата калия, отличающийся тем, что в травильный раствор вводят соли щелочных металлов в концентрации вплоть до полного насыщения раствора при температуре кипения, позволяющие обеспечить температуру травления в интервале 100-120°С, травление осуществляют в условиях принудительной циркуляции травильного раствора вдоль поверхности пленки с расходом, обеспечивающим Re=200, при этом травление проводят не менее 3 ч, а мощность подогревателя и расход травильного раствора задают так, чтобы перегрев раствора не превышал 1°С.1. The method of etching fluoropolymer track membranes, comprising treating the fluoropolymer film irradiated with heavy charged particles in an alkaline solution of potassium permanganate, characterized in that alkali metal salts are introduced into the etching solution until the solution is completely saturated at the boiling point, allowing to provide an etching temperature in the range 100-120 ° C, etching is carried out under conditions of forced circulation of the etching solution along the surface of the film with a flow rate providing Re = 200, at volume etching is carried out for at least 3 hours, and the power of the heater and the consumption of the etching solution are set so that the solution overheating does not exceed 1 ° C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли щелочного металла используют хлорид натрия.2. The method according to claim 1, characterized in that sodium chloride is used as the alkali metal salt.
RU2003115929/15A 2003-05-29 2003-05-29 Method of pickling fluoropolymeric track membranes RU2233196C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003115929/15A RU2233196C1 (en) 2003-05-29 2003-05-29 Method of pickling fluoropolymeric track membranes
US11/189,363 US7597815B2 (en) 2003-05-29 2005-07-26 Process for producing a porous track membrane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003115929/15A RU2233196C1 (en) 2003-05-29 2003-05-29 Method of pickling fluoropolymeric track membranes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2233196C1 true RU2233196C1 (en) 2004-07-27
RU2003115929A RU2003115929A (en) 2004-11-27

Family

ID=33414511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003115929/15A RU2233196C1 (en) 2003-05-29 2003-05-29 Method of pickling fluoropolymeric track membranes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2233196C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006075926A1 (en) * 2004-12-22 2006-07-20 Dressel Pte. Ltd. Company Membrane card and method for the production and use thereof
EP1919598A1 (en) * 2005-07-26 2008-05-14 Dressel Pte Ltd. Process for producing a porous track membrane
RU2753260C1 (en) * 2020-10-21 2021-08-12 Алексей Геннадьевич Липко Method for etching of fluoropolymer track membranes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GUO SHI-LUN et al. NUCL. TRACKS AND RADIAT. MEAS. 1988 Vol 15 №1-4, p. 159-162. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7597815B2 (en) 2003-05-29 2009-10-06 Dressel Pte. Ltd. Process for producing a porous track membrane
WO2006075926A1 (en) * 2004-12-22 2006-07-20 Dressel Pte. Ltd. Company Membrane card and method for the production and use thereof
EP1849516A1 (en) * 2004-12-22 2007-10-31 Dressel Pte. Ltd. Company Membrane card and method for the production and use thereof
EP1849516A4 (en) * 2004-12-22 2008-08-06 Dressel Pte Ltd Company Membrane card and method for the production and use thereof
EA011832B1 (en) * 2004-12-22 2009-06-30 Дрессел Пти. Лтд. Компани Membrane card and method for the production and use thereof
EP1919598A1 (en) * 2005-07-26 2008-05-14 Dressel Pte Ltd. Process for producing a porous track membrane
EP1919598A4 (en) * 2005-07-26 2008-08-20 Dressel Pte Ltd Process for producing a porous track membrane
RU2753260C1 (en) * 2020-10-21 2021-08-12 Алексей Геннадьевич Липко Method for etching of fluoropolymer track membranes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7597815B2 (en) Process for producing a porous track membrane
EP1804961B1 (en) Method for preparing hydrophilic polyethersulfone membrane
JP2009502473A5 (en)
US4272378A (en) Semipermeable membrane
JP2008093544A (en) Composite semipermeable membrane and manufacturing method thereof
US7838105B2 (en) Microstructure and method of manufacturing the same
JPS60179103A (en) Process and apparatus for concentrating aqueous solution and process and apparatus for recovering heat
RU2233196C1 (en) Method of pickling fluoropolymeric track membranes
JP2009074133A (en) Microstructure
JP2005220202A (en) Method for producing porous membrane and the resultant porous membrane
KR102217405B1 (en) Wastewater treatment system using an electrochemical oxidation and a membrane distillation process and wastewater treatment method using the same
US20220331744A1 (en) Method for preparing nanofiltration membrane and nanofiltration membrane prepared therefrom
JPS62129111A (en) Production of film having partial permeability
RU2753260C1 (en) Method for etching of fluoropolymer track membranes
JPH0521009B2 (en)
JPS5839796A (en) Hard anodizing method for inside surface of pipe
JPH0354198B2 (en)
WO2008049280A1 (en) A water quality treating equipment
JPS5857961B2 (en) How to treat semipermeable membranes
JPS6216122B2 (en)
KR102083948B1 (en) TECH ARC COATING METHOD FOR Al ALLOYS GOODS
JPS58137405A (en) Preparation of semipermeable membrane
RU2003115929A (en) METHOD FOR ETCHING FLUOROPOLYMER TRACK MEMBRANES
JPS6230510A (en) Production of filter membrane
JPS6230511A (en) Production of filter membrane