RU2411068C2

RU2411068C2 - Method of fluid filtration through homogeneous and composite membranes and device to this end

Info

Publication number: RU2411068C2
Application number: RU2009102554/05A
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Булыжев (RU); Евгений Михайлович Булыжев; Эдуард Евгеньевич Булыжев (RU); Эдуард Евгеньевич Булыжев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Булыжев. Промышленные экосистемы"
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2011-02-10
Also published as: RU2009102554A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to ultra- and microfiltration and may be used in medicine, pharmaceutics, biotechnology etc. Proposed method comprises forcing fluid to be cleaned through porous membranes in electric field induced by constant voltage. Proposed device comprises homogeneous or composite porous membranes. Membrane both surfaces are coated by current conducting material film whereto constant voltage is fed. Note here that film one membrane surface is connected to positive pole of power supply and film of opposite surface is connected to negative pole of power source.

EFFECT: expanded applications, higher efficiency.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области ультра- и микрофильтрации жидкостей и может быть использовано в медицине, фармацевтике, биотехнологии, химической, пищевой промышленности и машиностроении.The invention relates to the field of ultra- and microfiltration of liquids and can be used in medicine, pharmaceuticals, biotechnology, chemical, food industry and mechanical engineering.

Известны композитные мембраны для процессов осмоса (см. Технический справочник по обработке воды: в 2 т. T.1: пер. с фр. - СПб.: Новый журнал, 2007, стр.278-280, рис.48), состоящие из пористой основы с нанесенной на одной стороне тонкой пленкой. Способность таких мембран к разделению в первую очередь определяется свойствами наружной пленки, тогда как подстилающий слой обеспечивает механическую прочность мембраны, не оказывая сопротивления переносу вещества.Composite membranes for osmosis processes are known (see Technical Reference for Water Treatment: in 2 vols. T.1: transl. From French - St. Petersburg: New Journal, 2007, pp. 278-280, Fig. 48), consisting of a porous base coated with a thin film on one side. The ability of such membranes to separate is primarily determined by the properties of the outer film, while the underlying layer provides the mechanical strength of the membrane without resistance to substance transfer.

К композитным (или, как еще их называют, композиционным) мембранам относятся полупроницаемые анизотропные мембраны, состоящие из двух или более изготовленных отдельно и соединенных друг с другом различным образом. К однородным (или, как еще их называют, изотропным) мембранам относятся полупроницаемые мембраны, имеющие однородную структуру во всех измерениях (см. 1. Терминология. Кафедра мембранной технологии. РХТУ им. Менделеева. 2. Кудряшо В.Л. и др. Современные отечественные конкурентоспособные обратноосмотические, нанофильтрационные и микрофильтрационные мембранные элементы, установки и технологии для ликероводочной и спиртовой промышленности. Мембраны. Серия - критические технологии, 2004, №3 (23), с.24).Composite (or, as they are also called composite) membranes are semipermeable anisotropic membranes consisting of two or more manufactured separately and connected to each other in different ways. Homogeneous (or, as they are also called, isotropic) membranes include semipermeable membranes that have a homogeneous structure in all dimensions (see 1. Terminology. Department of Membrane Technology. Mendeleev RCTU. 2. Kudryasho VL and others. Modern competitive domestic reverse osmosis, nanofiltration and microfiltration membrane elements, installations and technologies for the distillery and alcohol industry. Membranes. Series - critical technologies, 2004, No. 3 (23), p.24).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа фильтрации, относится то, что производительность фильтрации таких мембран определяется давлением фильтрующей среды перед композиционной мембраной. В то же время увеличение давления жидкости сдерживается механической прочностью самой мембраны.For reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known filtration method, the filtration performance of such membranes is determined by the pressure of the filter medium in front of the composite membrane. At the same time, an increase in fluid pressure is constrained by the mechanical strength of the membrane itself.

Известен способ интенсификации процесса пропускания жидкости в капиллярах (микроканалах) посредством так называемых осмотических насосов (см. Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. - М.: Машиностроение, 2007, рис.7.44, стр.419-420), действие которых основано на образовании двойного электрического слоя на границе стенка - жидкость. Напряжение, приложенное к каналу, действует на заряды в жидкости и вызывает ее интенсивное движение.There is a method of intensifying the process of passing liquid in capillaries (microchannels) through the so-called osmotic pumps (see Golovin Yu.I. Introduction to nanotechnology. - M .: Engineering, 2007, Fig. 7.44, pp. 419-420), the action of which is based on the formation of a double electric layer at the wall-liquid boundary. The voltage applied to the channel acts on charges in the liquid and causes its intense movement.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа фильтрации, относится то, что напряжение подводится непосредственно в канале фильтровального элемента.For reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known filtering method, the voltage is applied directly to the channel of the filter element.

Сущность предлагаемого способа фильтрации жидкости заключается в том, что прохождение жидкости в порах мембраны осуществляется в электрическом поле, созданном постоянным напряжением, причем положительный заряд накладывается на одну сторону, а отрицательный заряд - на другую сторону плоской мембраны.The essence of the proposed method of fluid filtration is that the passage of fluid in the pores of the membrane is carried out in an electric field created by a constant voltage, with a positive charge superimposed on one side and a negative charge on the other side of the flat membrane.

Сущность устройства, обеспечивающая работу предлагаемого способа фильтрации жидкости, заключается в том, что обе поверхности мембраны покрыты пленкой из токопроводимого материала, к которым подведено постоянное напряжение, причем к пленке на одной стороне мембраны подведен положительный, а к пленке на другой стороне мембраны - отрицательный полюс.The essence of the device, which ensures the operation of the proposed method of filtering liquid, lies in the fact that both surfaces of the membrane are coated with a film of conductive material, which is supplied with a constant voltage, with a positive pole connected to the film on one side of the membrane and a negative pole to the film on the other side of the membrane .

Использование предлагаемого изобретения обеспечивает следующий технический результат:The use of the invention provides the following technical result:

- расширение области применения устройства очистки,- expanding the scope of the cleaning device,

- повышение эффективности работы устройства.- improving the efficiency of the device.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложенный способ включает пропускание очищаемой жидкости через однородную или композитную мембраны, имеющие поры.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that the proposed method includes passing the cleaned liquid through a homogeneous or composite membrane having pores.

Особенность заключается в том, что способ фильтрации жидкости через однородные и композитные мембраны осуществляется в электрическом поле, созданном постоянным напряжением, причем положительный заряд накладывается на одну сторону, а отрицательный заряд - на другую сторону плоской мембраны.The peculiarity lies in the fact that the method of filtering the liquid through homogeneous and composite membranes is carried out in an electric field created by a constant voltage, with a positive charge being imposed on one side and a negative charge on the other side of a flat membrane.

Устройство для осуществления способа фильтрации включает в себя однородные или композитные мембраны, имеющие поры.A device for implementing the filtering method includes homogeneous or composite membranes having pores.

Особенность заключается в том, что обе поверхности мембраны покрыты пленкой из токопроводимого материала, к которым подведено постоянное напряжение, причем к пленке на одной стороне мембраны подведен положительный, а к пленке на другой стороне мембраны - отрицательный полюс.The peculiarity lies in the fact that both surfaces of the membrane are coated with a film of conductive material, to which a constant voltage is applied, and the positive pole is connected to the film on one side of the membrane, and the negative pole to the film on the other side of the membrane.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном изобретении, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the prior art by the applicant, including the search by patents and scientific and technical sources of information and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype as the closest in the set of essential features of the analogue made it possible to identify the set of essential distinguishing features in relation to the applicant's technical result in the claimed invention set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Конструкция изобретения, реализующая заявленный способ, представлена на фиг.1 и 2.The design of the invention that implements the claimed method is presented in figures 1 and 2.

Устройство включает в себя корпус фильтра 1, входной патрубок 2, выходные патрубки 3, 4 и 5, мембрану 6, состоящую из основы 7, покрытой пленками 8 и 9. Причем к пленке 8 подведен отрицательный, а к пленке 9 - положительный электрический полюс.The device includes a filter housing 1, an inlet pipe 2, an outlet pipe 3, 4, and 5, a membrane 6 consisting of a base 7 coated with films 8 and 9. Moreover, a negative electrode is connected to the film 8, and a positive electric pole is connected to the film 9.

Устройство работает следующим образом. Очищаемая жидкость по входному патрубку 2 подается в корпус 1 фильтра. Проходя через мембраны 6, жидкость очищается от растворенных веществ и по патрубкам 3 и 4 направляется потребителю. Часть жидкости (концентрированный рассол) по патрубку 5 отправляется на дальнейшую очистку. С целью интенсификации процесса фильтрации (увеличения производительности) к пленкам 8 и 9 подводится постоянное напряжение. Возникающие между пленками электромагнитные силы действуют на ионы и диполи, содержащиеся в жидкости, приводя их в движение. Благодаря вязкости они увлекают в нужном направлении молекулы всей жидкости.The device operates as follows. The liquid to be cleaned is supplied through the inlet pipe 2 to the filter housing 1. Passing through membranes 6, the liquid is purified from dissolved substances and sent to the consumer through nozzles 3 and 4. Part of the liquid (concentrated brine) through pipe 5 is sent for further cleaning. In order to intensify the filtration process (increase productivity), constant voltage is applied to the films 8 and 9. The electromagnetic forces arising between the films act on the ions and dipoles contained in the liquid, causing them to move. Due to their viscosity, they carry the molecules of the entire fluid in the right direction.

Таким образом предложенный способ и устройство фильтрации жидкости через однородные и композитные мембраны позволяет повысить эффективность работы устройства в части увеличения производительности мембран без увеличения давления подаваемой жидкости.Thus, the proposed method and device for filtering liquid through homogeneous and composite membranes can improve the efficiency of the device in terms of increasing the performance of the membranes without increasing the pressure of the supplied liquid.

Изменение величины напряжения на пленках 8 и 9 позволит расширить область применения устройства очистки за счет регулировки способности пропускания тех или иных растворенных в жидкости веществ.Changing the voltage on the films 8 and 9 will expand the scope of the cleaning device by adjusting the transmittance of certain substances dissolved in the liquid.

Таким образом, вышеизложенное описание свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:Thus, the foregoing description indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed invention:

- средство, воплощающее заявленное изобретение, при его осуществлении предназначено для ультра- и микрофильтрации жидкостей и может быть использовано в медицине, фармацевтике, биотехнологии, химической, пищевой промышленности и машиностроении;- a tool embodying the claimed invention, in its implementation is intended for ultra - and microfiltration of liquids and can be used in medicine, pharmaceuticals, biotechnology, chemical, food industry and mechanical engineering;

- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;- for the claimed method in the form as described in the claims, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application is confirmed;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить достижение поставленных технических задач. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».- a tool embodying the claimed invention in the implementation, is able to ensure the achievement of the technical tasks. Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims

1. A method of filtering a fluid through homogeneous and composite membranes, including passing the cleaned fluid through a homogeneous or composite membrane having pores, characterized in that the passage of fluid in the pores of the membrane is carried out in an electric field created by a constant voltage, and a positive charge is applied on one side, and a negative charge on the other side of the membrane.

2. A liquid filtration device comprising homogeneous or composite membranes having pores, characterized in that both surfaces of the membrane are coated with a film of conductive material to which a constant voltage is applied, the film on one side of the membrane being connected to the positive and the film on the other side of the membrane - to the negative pole of the current source.