RU2440182C1 - Method of producing flat porous membrane from polyethersulfone - Google Patents
Method of producing flat porous membrane from polyethersulfone Download PDFInfo
- Publication number
- RU2440182C1 RU2440182C1 RU2010122029/05A RU2010122029A RU2440182C1 RU 2440182 C1 RU2440182 C1 RU 2440182C1 RU 2010122029/05 A RU2010122029/05 A RU 2010122029/05A RU 2010122029 A RU2010122029 A RU 2010122029A RU 2440182 C1 RU2440182 C1 RU 2440182C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- polymer solution
- polyethersulfone
- solution containing
- vapors
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к технологии получения методом фазового распада плоской пористой гидрофильной мембраны из полиэфирсульфона с размером пор от 0,1 до 1 мкм для производства из нее дисковых плоских и патронных гофрированных фильтрующих элементов. Фильтрующие элементы могут быть использованы для микрофильтрации жидкостей в фармацевтической, микробиологической, биохимической, пищевой и других отраслях промышленности.The invention relates to a technology for the production of a flat porous hydrophilic polyethersulfone membrane with a pore size of 0.1 to 1 μm by phase disintegration for the production of flat and cartridge-shaped pleated filter elements from it. Filter elements can be used for microfiltration of liquids in the pharmaceutical, microbiological, biochemical, food and other industries.
Уровень техникиState of the art
В мировом производстве мембран особо большое внимание обращено на полисульфоны (полиэфирсульфоны, полиарилсульфоны, полифениленсульфоны). Это обусловлено достаточно высокой химической и механической прочностью этих полимеров, их высокой температурой стеклования (200-220°С), возможностью придавать мембранам из этих полимеров гидрофильные свойства. Основные достоинства мембран из полиэфирсульфона следующие: механическая прочность; химическая и биологическая инертность; термическая стабильность, которая позволяет многократно стерилизовать фильтрующие элементы в местах их установки потоком острого пара при температуре до 140°С.In the global production of membranes, particular attention is paid to polysulfones (polyethersulfones, polyarylsulfones, polyphenylene sulfones). This is due to the sufficiently high chemical and mechanical strength of these polymers, their high glass transition temperature (200-220 ° C), and the ability to impart hydrophilic properties to membranes from these polymers. The main advantages of polyethersulfone membranes are as follows: mechanical strength; chemical and biological inertness; thermal stability, which allows you to repeatedly sterilize the filter elements in the places of their installation by a stream of sharp steam at temperatures up to 140 ° C.
Известно, что большинство полимерных мембран изготавливается технологией фазового распада раствора полимера, реализуемой на практике четырьмя методами: 1) фазовым распадом, индуцированным нерастворителем-осадителем (non-solvent induced phase separation - NIPS); 2) фазовым распадом, индуцированным парами осадителя (vapor induced phase separation - VIPS); 3) фазовым распадом, индуцированным испарением растворителя (evaporation induced phase separation - EIPS); 4) фазовым распадом, индуцированным охлаждением (thermally induced phase separation TIPS) [M. Ulbricht. Advanced functional polymer membranes. // Polymer 2006. V.47. №7. P.2217]. Большинство способов изготовления мембран из полисульфона и полиэфирсульфона с размером пор от 0,1 до 1 мкм основаны на методе VIPS и включают следующие стадии: приготовление гомогенного раствора полимера, полив его на подложку (металл, стекло и т.п.), выдержка в парах осадителя (вода), погружение в раствор осадителя, отмывка мембраны и затем сушка.It is known that most polymer membranes are made by the technology of phase decomposition of a polymer solution, which is implemented in practice by four methods: 1) phase decomposition induced by a non-solvent precipitator (non-solvent induced phase separation - NIPS); 2) phase decay induced by precipitating vapors (vapor induced phase separation - VIPS); 3) phase decomposition induced by evaporation of the solvent (evaporation induced phase separation - EIPS); 4) thermally induced phase separation TIPS [M. Ulbricht. Advanced functional polymer membranes. // Polymer 2006. V.47.
Известен способ производства мембраны из полисульфона, полиэфирсульфона, полиарилсульфона (патент US 6045899), в котором перед погружением в воду производят обработку в климатической камере от 3 до 20 с паром с относительной влажностью от 50 до 90% при 25°С. Мембраны со стороны паровой обработки имеют скин-слой с размером пор от 0,1 до 10 мкм и количество пор по меньшей мере 15 на 1000 мкм2. Сравнение структуры скин-слоя на Fig.1А, 2А приведенного патента и структуры поверхностного слоя заявляемой мембраны, представленной на фиг.6 заявляемого изобретения, показывает, насколько поверхностная пористость заявляемой мембраны выше.A known method of manufacturing a membrane from polysulfone, polyethersulfone, polyarylsulfone (US patent 6045899), in which before immersion in water, the treatment is carried out in a climatic chamber from 3 to 20 with steam with a relative humidity of 50 to 90% at 25 ° C. The membranes on the steam side have a skin layer with a pore size of 0.1 to 10 μm and a pore number of at least 15 per 1000 μm 2 . A comparison of the structure of the skin layer in Fig. 1A, 2A of the patent and the structure of the surface layer of the claimed membrane shown in Fig.6 of the claimed invention shows how much higher surface porosity of the claimed membrane.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения микрофильтрационной мембраны с улучшенными фильтрационными свойствами (патент WO 2006.131290 А1), в соответствии с которым полисульфоновую и полиэфирсульфоновую мембрану изготавливают методом фазового распада, индуцированного парами осадителя (VIPS). После обработки в климатической камере воздухом, имеющем влажность в интервале от 40 до 65%, также образуется скин-слой с невысокой поверхностной пористостью. Сравнение Fig.4, 8 и 12 приведенного патента и фиг.6 заявляемого изобретения также демонстрирует более высокую поверхностную пористость заявляемой мембраны.Closest to the claimed technical solution is a method of obtaining a microfiltration membrane with improved filtration properties (patent WO 2006.131290 A1), in accordance with which the polysulfone and polyethersulfone membrane is produced by the method of phase decomposition induced by vapor precipitator (VIPS). After treatment in a climate chamber with air having a humidity in the range of 40 to 65%, a skin layer with a low surface porosity also forms. A comparison of Fig. 4, 8 and 12 of the patent and FIG. 6 of the claimed invention also demonstrates a higher surface porosity of the claimed membrane.
Общим недостатком известных способов является то, что в результате испарения растворителя в климатической камере на поверхности мембраны образуется скин-слой с низкой пористостью. Мембраны с низкой поверхностной пористостью могут иметь меньшую производительность из-за местного гидравлического сопротивления скин-слоя. Такие мембраны могут иметь меньший ресурс работы, так как вследствие широкого распределения частиц загрязнителя в реальных фильтруемых жидкостях может произойти быстрое забивание устьев немногочисленных пусть даже крупных пор скин-слоя. Кроме того, в процессе изготовления мембран известными способами в атмосферу могут попадать вредные пары растворителя.A common disadvantage of the known methods is that as a result of evaporation of the solvent in the climate chamber, a skin layer with a low porosity forms on the membrane surface. Membranes with low surface porosity may have lower productivity due to local hydraulic resistance of the skin layer. Such membranes can have a shorter working life, since due to the wide distribution of contaminant particles in real filtered fluids, fasting of the mouths of a few even large pores of the skin layer can occur. In addition, during the manufacture of membranes by known methods, harmful solvent vapors may enter the atmosphere.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является получение мембран с максимальной поверхностной пористостью и высокими прочностными, технологическими и эксплуатационными характеристиками. Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение пористости и прочности мембран, а также уменьшение выброса паров растворителя в атмосферу.The technical problem to which the present invention is directed is to obtain membranes with maximum surface porosity and high strength, technological and operational characteristics. The technical result of the claimed invention is to increase the porosity and strength of the membranes, as well as reducing the emission of solvent vapor into the atmosphere.
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается способ получения плоской пористой мембраны из полиэфирсульфона, включающий формирование нанесением полимерного раствора полиэфирсульфона в апротонном полярном растворителе, содержащем полиэтиленгликоль, на движущуюся поверхность через зазор между ножом фильеры и движущейся поверхностью, обработку слоя раствора парами осадителя, выдержку в осадительной ванне, термообработку, промывку и сушку мембраны. Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что обработку слоя раствора парами осадителя производят при постоянных концентрациях насыщенных паров растворителя и осадителя, при этом пары осадителя получают от смеси воды с алифатическим одноатомным спиртом с числом атомов углерода от 1 до 3.To solve the problem, as well as to achieve the claimed technical result, a method for producing a flat porous membrane of polyethersulfone is proposed, which involves forming a polyethersulfone polymer solution in an aprotic polar solvent containing polyethylene glycol by applying it to a moving surface through the gap between the die of the die and the moving surface, processing the solution layer vapor precipitator, exposure in a precipitation bath, heat treatment, washing and drying the membrane. A distinctive feature of the proposed method is that the solution layer is treated with precipitating vapors at constant concentrations of saturated solvent and precipitating vapors, while the precipitating vapors are obtained from a mixture of water with an aliphatic monohydric alcohol with the number of carbon atoms from 1 to 3.
Дополнительно предлагается обработку слоя раствора парами осадителя производить при температуре от 20 до 30°С до наступления полной поперечной усадки мембраны.In addition, it is proposed to treat the solution layer with precipitating vapors at a temperature of from 20 to 30 ° C until the complete transverse shrinkage of the membrane.
Дополнительно предлагается использовать полимерный раствор, содержащий полиэфирсульфон со средневесовой молекулярной массой не менее 46000 в количестве от 10 до 20 мас.%.In addition, it is proposed to use a polymer solution containing polyethersulfone with a weight average molecular weight of at least 46,000 in an amount of 10 to 20 wt.%.
Дополнительно предлагается использовать полимерный раствор, содержащий в качестве гидрофилизующего агента поливинилпирролидон со средневесовой молекулярной массой не менее 50000 в количестве до 10 мас.%.In addition, it is proposed to use a polymer solution containing polyvinylpyrrolidone with a weight average molecular weight of at least 50,000 in an amount of up to 10 wt% as a hydrophilizing agent.
Дополнительно предлагается использовать полимерный раствор, содержащий апротонный полярный растворитель в количестве от 10 до 50 мас.%, при этом наиболее оптимально использовать полимерный раствор, содержащий диметилформамид в количестве от 10 до 30 мас.%.In addition, it is proposed to use a polymer solution containing an aprotic polar solvent in an amount of from 10 to 50 wt.%, While it is most optimal to use a polymer solution containing dimethylformamide in an amount of from 10 to 30 wt.%.
Дополнительно предлагается использовать полимерный раствор, содержащий в качестве порообразователя полиэтиленгликоль с числом атомов углерода от 8 до 20, в частности можно использовать полимерный раствор, содержащий полиэтиленгликоль-200 с числом атомов углерода от 8 до 10 в количестве не менее 50 мас.% или полимерный раствор, содержащий полиэтиленгликоль-300 с числом атомов углерода от 12 до 14 в количестве не менее 60 мас.% или полимерный раствор, содержащий полиэтиленгликоль-400 с числом атомов углерода от 16 до 20 в количестве не менее 70 мас.%.In addition, it is proposed to use a polymer solution containing polyethylene glycol with a number of carbon atoms from 8 to 20 as a blowing agent, in particular, a polymer solution containing polyethylene glycol-200 with a number of carbon atoms from 8 to 10 in an amount of at least 50 wt.% Or a polymer solution can be used containing polyethylene glycol-300 with a number of carbon atoms from 12 to 14 in an amount of at least 60 wt.% or a polymer solution containing polyethylene glycol-400 with a number of carbon atoms from 16 to 20 in an amount of at least 70 wt.%.
Обработка слоя раствора парами осадителя в климатической камере при постоянных концентрациях насыщенных паров растворителя и осадителя, с получением паров осадителя от смеси воды с алифатическим одноатомным спиртом с числом атомов углерода от 1 до 3 позволяет исключить испарение растворителя и тем самым предотвратить образование поверхностных слоев с пониженной пористостью и прочностью.Processing the solution layer with precipitating vapors in a climate chamber at constant concentrations of saturated solvent and precipitating vapors, with the formation of precipitating vapors from a mixture of water with an aliphatic monohydric alcohol with the number of carbon atoms from 1 to 3, eliminates the evaporation of the solvent and thereby prevents the formation of surface layers with reduced porosity and durability.
Экспериментальным путем авторами было установлено, что присутствие в насыщенных парах основного осадителя - воды некоторого количества насыщенных паров более слабого осадителя - алифатического одноатомного спирта с числом атомов углерода от 1 до 3 улучшает качество обрабатываемой поверхности мембраны (см. фиг1-6).The authors experimentally established that the presence in saturated vapors of the main precipitant - water of a certain amount of saturated vapors of a weaker precipitant - an aliphatic monohydric alcohol with the number of carbon atoms from 1 to 3 improves the quality of the membrane surface being treated (see Figs. 1-6).
На фиг.1 показан электронно-микроскопический снимок скола вблизи верхней поверхности, а на фиг.2 - снимок верхней поверхности мембраны, полученной в соответствии с примером 1, в котором верхнюю поверхность мембраны обрабатывают насыщенными парами изопропилового спирта. При поглощении паров спирта, имеющего коэффициент поверхностного натяжения, значительно меньший по сравнению с коэффициентом поверхностного натяжения полимерного раствора, на верхней поверхности мембраны вследствие эффекта Марангони образуется дефектный слой, искажающий пористую структуру мембраны [Начинкин О.И. Полимерные микрофильтры. М.: Химия, 1985, с.59]. На фиг.1 можно видеть, что дефектный слой имеет толщину до 10 мкм и представляет собой вихревую структуру, как и предсказывает эффект Марангони. На фиг.2 хорошо заметно, что дефектный слой изрезан трещинами, сквозь которые видно характерную для мембраны пористую структуру. Очевидно, что при фильтрации поток, проходя через трещины дефектного слоя, может испытывать значительное местное гидравлическое сопротивление.Figure 1 shows an electron microscopic image of a chip near the upper surface, and figure 2 is a photograph of the upper surface of the membrane obtained in accordance with example 1, in which the upper surface of the membrane is treated with saturated vapors of isopropyl alcohol. When alcohol vapor is absorbed, having a surface tension coefficient much lower than the surface tension coefficient of the polymer solution, a defective layer forms on the upper surface of the membrane due to the Marangoni effect, distorting the porous structure of the membrane [Nachinkin O.I. Polymer microfilters. M .: Chemistry, 1985, p. 59]. In Fig. 1, it can be seen that the defective layer has a thickness of up to 10 μm and represents a vortex structure, as predicted by the Marangoni effect. Figure 2 clearly shows that the defective layer is cut with cracks, through which the porous structure characteristic of the membrane is visible. It is obvious that during filtration, the flow passing through the cracks of the defective layer can experience significant local hydraulic resistance.
На фиг.3 показан электронно-микроскопический снимок скола вблизи верхней поверхности, а на фиг.4 - снимок верхней поверхности мембраны, полученной в соответствии с примером 2, в котором верхнюю поверхность мембраны обрабатывают насыщенными парами воды. Обрабатываемая поверхность имеет менее возмущенную структуру по сравнению с поверхностью на фиг.1, но поверхностная пористость существенно меньше пористости в объеме мембраны.Figure 3 shows an electron microscopic image of a chip near the upper surface, and figure 4 is a photograph of the upper surface of the membrane obtained in accordance with example 2, in which the upper surface of the membrane is treated with saturated water vapor. The surface to be treated has a less perturbed structure compared to the surface in FIG. 1, but the surface porosity is substantially less than the porosity in the membrane volume.
На фиг.5 показан электронно-микроскопический снимок скола вблизи верхней поверхности, а на фиг.6 - снимок верхней поверхности мембраны, полученной в соответствии с примером 3, в котором верхнюю поверхность мембраны обрабатывают смесью насыщенных паров воды и изопропилового спирта. Видно, что поверхностная пористость мембраны соответствует объемной пористости, и структура поверхности не имеет ни дефектных слоев, ни других искажений.Figure 5 shows an electron microscopic image of the chip near the upper surface, and Fig.6 is a photograph of the upper surface of the membrane obtained in accordance with example 3, in which the upper surface of the membrane is treated with a mixture of saturated water vapor and isopropyl alcohol. It is seen that the surface porosity of the membrane corresponds to bulk porosity, and the surface structure has neither defective layers nor other distortions.
Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении заявляемого изобретения, является повышение пористости и качества поверхностного слоя и увеличение на этом основании производительности и ресурса работы мембраны, полученной в соответствии с заявляемым способом. Кроме того, заявляемый способ позволяет уменьшить до минимума выброс паров растворителя в атмосферу.The technical result that can be obtained by carrying out the claimed invention is to increase the porosity and quality of the surface layer and, on this basis, increase the productivity and service life of the membrane obtained in accordance with the claimed method. In addition, the inventive method allows to minimize the emission of solvent vapor into the atmosphere.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг.1 - электронно-микроскопический снимок скола вблизи верхнего слоя мембраны, полученной при обработке насыщенными парами изопропилового спирта в соответствии с примером 1.Figure 1 - electron microscopic image of a chip near the upper layer of the membrane obtained by treatment with saturated vapors of isopropyl alcohol in accordance with example 1.
Фиг.2 - электронно-микроскопический снимок верхнего слоя мембраны, полученной при обработке насыщенными парами изопропилового спирта в соответствии с примером 1.Figure 2 is an electron microscopic image of the upper layer of the membrane obtained by treatment with saturated vapors of isopropyl alcohol in accordance with example 1.
Фиг.3 - электронно-микроскопический снимок скола вблизи верхнего слоя мембраны, полученной при обработке насыщенными парами воды в соответствии с примером 2.Figure 3 - electron microscopic image of a chip near the upper layer of the membrane obtained by treatment with saturated water vapor in accordance with example 2.
Фиг.4 - электронно-микроскопический снимок верхнего слоя мембраны, полученной при обработке насыщенными парами воды в соответствии с примером 2.Figure 4 is an electron microscopic image of the upper layer of the membrane obtained by treatment with saturated water vapor in accordance with example 2.
Фиг.5 - электронно-микроскопический снимок скола вблизи верхнего слоя мембраны, полученной обработкой насыщенными парами смеси воды и изопропилового спирта в соответствии с примером 3.Figure 5 is an electron microscopic photograph of a cleavage near the upper layer of the membrane obtained by treatment with saturated vapors of a mixture of water and isopropyl alcohol in accordance with example 3.
Фиг.6 - электронно-микроскопический снимок верхнего слоя мембраны, полученной обработкой насыщенными парами смеси воды и изопропилового спирта в соответствии с примером 3.6 is an electron microscopic image of the upper layer of the membrane obtained by treatment with saturated vapors of a mixture of water and isopropyl alcohol in accordance with example 3.
Фиг.7 - принципиальная технологическая схема опытной установки непрерывного действия для изготовления мембран заявляемым способом.7 is a schematic flow diagram of a pilot plant of continuous operation for the manufacture of membranes of the claimed method.
Фиг.8 - экспериментальная кривая "Multidiffusion" для примера 3, на которой показан алгоритм определения давления точки пузырька РТП.Fig - experimental curve "Multidiffusion" for example 3, which shows the algorithm for determining the pressure of the point of the bubble P TP .
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Заявляемый способ получения плоской пористой мембраны из полиэфирсульфона реализован в опытно-промышленном масштабе. Приводимые ниже примеры изготовления мембраны осуществлялись на опытной установке непрерывного действия, принципиальная технологическая схема которой приведена на фиг.7.The inventive method for producing a flat porous membrane of polyethersulfone implemented on a pilot scale. The following examples of the manufacture of the membrane were carried out on a pilot installation of continuous operation, the basic technological scheme of which is shown in Fig.7.
Готовят исходные компоненты для формовочного раствора: соединяют порошки полиэфирсульфона и поливинилпирролидона (если его используют) и высушивают смесь при температуре 110-120°С в течение 2 часов или более до установления постоянного веса. Смешивают апротонный полярный растворитель квалификации "хч" (диметилформамид или н-метилпирролидон или диметилацетамид) с порообразователем полиэтиленгликолем с числом атомов углерода от 8 до 20 (марки ПЭГ-200 или ПЭГ-300 или ПЭГ-400). Полученную смесь фильтруют через ПТФЭ-мембрану с рейтингом фильтрации 1 мкм смеси растворителя и порообразователя - полиэтиленгликоля.The starting components for the molding solution are prepared: powders of polyethersulfone and polyvinylpyrrolidone (if used) are combined and the mixture is dried at a temperature of 110-120 ° C for 2 hours or more until a constant weight is established. The aprotic polar solvent of qualification “hch” (dimethylformamide or n-methylpyrrolidone or dimethylacetamide) is mixed with a pore former polyethylene glycol with the number of carbon atoms from 8 to 20 (PEG-200 or PEG-300 or PEG-400 grades). The resulting mixture is filtered through a PTFE membrane with a filtration rating of 1 μm of a mixture of solvent and pore former - polyethylene glycol.
Соединяют все компоненты в работающей мешалке и растворяют в мешалке (1) при температуре 30-40°С в течение 12 часов или более до полной гомогенизации раствора. Полученный формовочный раствор дегазируют в остановленной мешалке при разряжении - 0.5 атм в течение 1 часа или более до полного удаления пузырьковAll components are combined in a working mixer and dissolved in a mixer (1) at a temperature of 30-40 ° C for 12 hours or more until the solution is completely homogenized. The resulting molding solution is degassed in a stopped stirrer during discharge - 0.5 atm for 1 hour or more until the bubbles are completely removed
Подают формовочный раствор через фильтр (2), в котором установлена сетка из нержавеющей стали с рейтингом фильтрации 5 мкм, в фильеру (3). Из фильеры формовочный раствор наносят в виде жидкой пленки толщиной 100±50 мкм на движущуюся поверхность конвейера через зазор между ножом фильеры и движущейся поверхностью. Движущаяся поверхность конвейера представляет собой полимерную или стальную бесконечную ленту (4).The molding solution is fed through a filter (2), in which a stainless steel mesh with a filtration rating of 5 μm is installed, into the die (3). From the die, the molding solution is applied in the form of a liquid film with a thickness of 100 ± 50 μm onto the moving surface of the conveyor through the gap between the die of the die and the moving surface. The moving surface of the conveyor is a polymer or steel endless belt (4).
Жидкая пленка проходит через климатическую камеру (5), в которой поддерживается температура от 20 до 30°С. В климатическую камеру подают воздух, насыщенный парами апротонного полярного растворителя и осадителя - смеси воды и алифатического одноатомного спирта с числом атомов углерода от 1 до 3. Насыщенные пары в подаваемом в климатическую камеру воздухе создают, предварительно барботируя воздух через раствор, содержащий растворитель, воду и спирт. Время пребывания в климатической камере подбирают таковым, чтобы на выходе из климатической камеры завершалась полная поперечная усадка образующейся мембраны.The liquid film passes through a climatic chamber (5), in which a temperature of 20 to 30 ° C is maintained. Air saturated with vapors of an aprotic polar solvent and precipitant — a mixture of water and an aliphatic monohydric alcohol with the number of carbon atoms from 1 to 3 — is fed into the climate chamber. Saturated vapors are created in the air supplied to the climate chamber by pre-sparging air through a solution containing solvent, water and alcohol. The residence time in the climate chamber is selected such that at the exit from the climate chamber complete transverse shrinkage of the formed membrane is completed.
После климатической камеры мембрану погружают в осадительную ванну с водой (6), имеющую ту же температуру, что и пары в климатической камере. В воде снимают мембрану с конвейера и выдерживают в воде в течение не менее 5 минут. Далее мембрану пропускают через промывочную ванну (7) с водой, нагретой до температуры 90°С, время нахождения в этой ванне составляет тоже как минимум 5 минут. Затем мембрану сушат в камере (8) горячим воздухом при температуре 140°С и сматывают в рулон.After the climate chamber, the membrane is immersed in a precipitation bath with water (6), which has the same temperature as the vapors in the climate chamber. The membrane is removed from the conveyor in water and kept in water for at least 5 minutes. Next, the membrane is passed through a washing bath (7) with water heated to a temperature of 90 ° C; the residence time in this bath is also at least 5 minutes. Then the membrane is dried in the chamber (8) with hot air at a temperature of 140 ° C and wound into a roll.
Для реализации изобретения в промышленных масштабах в качестве исходных компонентов полимерного (формовочного) раствора берут:To implement the invention on an industrial scale, as the starting components of the polymer (molding) solution take:
Полиэфирсульфон:Polyethersulfone:
- фирмы Solvay марки Radel Н-3000 со средневесовой молекулярной массой 77600;- Solvay brand Radel H-3000 with a weight average molecular weight of 77600;
- фирмы Solvay марки Radel H-1000 со средневесовой молекулярной массой 57300;- Solvay brand Radel H-1000 with a weight average molecular weight of 57300;
- фирмы BASF марки Ultrason E 6020 Р со средневесовой молекулярной массой более 46000.- BASF brand Ultrason E 6020 P with a weight average molecular weight of more than 46,000.
Поливинилпирролидон:Polyvinylpyrrolidone:
- фирмы Acros Organics марки К30 со средневесовой молекулярной массой 50000;- Acros Organics K30 brand with a weight average molecular weight of 50,000;
- фирмы Acros Organics марки К90 со средневесовой молекулярной массой 1200000. Для работы установки и испытания мембран используют обессоленную воду по ГОСТ 6709-72.- Acros Organics K90 brand with a weight average molecular weight of 1200000. Desalinated water according to GOST 6709-72 is used for installation and membrane testing.
Для испытаний мембран, плохо смачиваемых в воде, берут изопропиловый спирт абсолютированный в соответствии с ГОСТ 9805-84.For testing membranes that are poorly wetted in water, absolute isopropyl alcohol is taken in accordance with GOST 9805-84.
Пористую структуру мембран исследуют с помощью растрового сканирующего электронного микроскопа. В жидком азоте делают сколы мембран и на них с помощью установки ионного распыления "JFS-1100" напыляют слой золота толщиной ~10 нм. Электронно-микроскопическое исследование проводят на микроскопе "Quanta Inspect S" при напряжении 30 кВ.The porous structure of the membranes is examined using a scanning scanning electron microscope. Membranes are chipped in liquid nitrogen and a ~ 10 nm thick gold layer is sprayed onto them using a JFS-1100 ion sputtering device. Electron microscopy is carried out on a Quanta Inspect S microscope at a voltage of 30 kV.
Производительность мембран по воде определяют путем измерения времени протекания определенного объема жидкости через образец мембраны размером 250×250 мм (эффективная площадь 625 см) при перепаде давления 1 атм и температуре 293 К и выражают в единицах [м3/(м2·ч·атм)].Membrane water productivity is determined by measuring the time that a certain volume of liquid flows through a membrane sample of 250 × 250 mm (effective area 625 cm) at a pressure drop of 1 atm and a temperature of 293 K and is expressed in units of [m 3 / (m 2 · h · atm )].
Давление точки пузырька определяют на образце мембраны размером 250×250 мм (эффективная площадь 625 см2) с помощью прибора SartoCheck-3 (Sartorius AG, Германия) в режиме "Multidiffusion" (диапазон измерения расхода 0,1-150 мл/мин при перепадах давления до 6 атм). На фиг.8 приведена экспериментальная кривая "Multidiffusion" для примера 3, на которой показан алгоритм определения давления точки пузырька РТП. Это давление соответствует продавливанию воздухом максимальных пор, что выражается в отклонении потока воздуха от начальной прямой, характеризующей истинный диффузионный поток через мембрану, все поры которой заполнены водой.The pressure of the bubble point is determined on a 250 × 250 mm membrane sample (effective area 625 cm 2 ) using a SartoCheck-3 device (Sartorius AG, Germany) in the Multidiffusion mode (flow measurement range 0.1-150 ml / min at drops pressure up to 6 atm). On Fig shows the experimental curve "Multidiffusion" for example 3, which shows the algorithm for determining the pressure of the point of the bubble P TP . This pressure corresponds to the punching of the maximum pores by air, which is expressed in the deviation of the air flow from the initial straight line, which characterizes the true diffusion flow through the membrane, all pores of which are filled with water.
Значению давления точки пузырька РТП соответствует величина максимального диаметра пор DМАКС, рассчитанная по формуле Лапласа:The value of the pressure of the point of the bubble P TP corresponds to the maximum pore diameter D MAX calculated by the Laplace formula:
где DМАКС - диаметр пор, м;where D MAX - pore diameter, m;
σ - поверхностное натяжение смачивающей воды, Н/м;σ is the surface tension of the wetting water, N / m;
θ - краевой угол смачивания;θ is the wetting angle;
РТП - давление, Па.R TP - pressure, Pa.
Угол смачивания водой полиэфирсульфоновых мембран, содержащих более 5% поливинилпирролидона, θ=71±1° [Н. Wang, Т. Yu, С.Zhao, and Q. Du. Improvement of Hydrophilicity and Blood Compatibility on Polyethersulfone Membrane by Adding Polyvinylpyrrolidone. Fibers and Polymers 2009, 10, №.1. P.1]. В результате получена формула Лапласа для полиэфирсульфоновой мембраны, смоченной водой.The water wetting angle of polyethersulfone membranes containing more than 5% polyvinylpyrrolidone, θ = 71 ± 1 ° [N. Wang, T. Yu, C. Zhao, and Q. Du. Improvement of Hydrophilicity and Blood Compatibility on Polyethersulfone Membrane by Adding Polyvinylpyrrolidone. Fibers and Polymers 2009, 10, No. 1. P.1]. The result is a Laplace formula for a polyethersulfone membrane moistened with water.
Пример 1.Example 1
Готовят формовочный раствор состава, приведенного в таблице 1, наносят на конвейерную ленту слой толщиной 100 мкм и обрабатывают в климатической камере по режиму, представленному в таблице 1.A molding solution of the composition shown in table 1 is prepared, a layer with a thickness of 100 μm is applied to the conveyor belt and processed in a climatic chamber according to the mode shown in table 1.
Полученная мембрана гидрофильна (самопроизвольно смачивается в воде), имеет давление точки пузырька 2.7 атм и производительность по воде 9 м3/(м2·ч·атм).The resulting membrane is hydrophilic (spontaneously wetted in water), has a bubble point pressure of 2.7 atm and a water capacity of 9 m 3 / (m 2 · h · atm).
Пример 2.Example 2
Готовят формовочный раствор состава, приведенного в таблице 2, наносят на конвейерную ленту слой толщиной 100 мкм и обрабатывают в климатической камере по режиму, представленному в таблице 2.A molding solution of the composition shown in table 2 is prepared, a layer with a thickness of 100 μm is applied to the conveyor belt and processed in a climatic chamber according to the mode shown in table 2.
Полученная мембрана гидрофильна (самопроизвольно смачивается в воде), имеет давление точки пузырька 3.7 атм и производительность по воде 14 м3/(м2·ч·атм).The resulting membrane is hydrophilic (spontaneously wetted in water), has a bubble point pressure of 3.7 atm and a water capacity of 14 m 3 / (m 2 · h · atm).
Пример 3.Example 3
Готовят формовочный раствор состава, приведенного в таблице 3, наносят на конвейерную ленту слой толщиной 100 мкм и обрабатывают в климатической камере по режиму, представленному в таблице 3.A molding solution of the composition shown in table 3 is prepared, a layer with a thickness of 100 μm is applied to the conveyor belt and processed in a climatic chamber according to the mode shown in table 3.
Полученная мембрана гидрофильна (самопроизвольно смачивается в воде), имеет давление точки пузырька 4.2 атм и производительность по воде 11 м3/(м2·ч·атм).The resulting membrane is hydrophilic (spontaneously wetted in water), has a bubble point pressure of 4.2 atm and a water capacity of 11 m 3 / (m 2 · h · atm).
Давлению точки пузырька РТП=4.5 атм соответствует максимальный размер пор по формуле (2), равный DМАКС=0.21 мкмThe pressure of the bubble point P TP = 4.5 atm corresponds to the maximum pore size according to formula (2), equal to D MAX = 0.21 μm
Пример 4.Example 4
Готовят формовочный раствор состава, приведенного в таблице 4, наносят на конвейерную ленту слой толщиной 100 мкм и обрабатывают в климатической камере по режиму, представленному в таблице 4.A molding solution of the composition shown in table 4 is prepared, a layer with a thickness of 100 μm is applied to the conveyor belt and processed in a climatic chamber according to the mode shown in table 4.
Полученная мембрана частично смачивается в воде, поэтому давление точки пузырька определяют по изопропиловому спирту, и оно составляет 1.1 атм. Производительность по воде равна 18 м3/(м2··ч·атм).The resulting membrane is partially wetted in water, so the pressure of the bubble point is determined by isopropyl alcohol, and it is 1.1 atm. Water productivity is equal to 18 m 3 / (m 2 · · h · atm).
Пример 5.Example 5
Готовят формовочный раствор состава, приведенного в таблице 5, наносят на конвейерную ленту слой толщиной 150 мкм и обрабатывают в климатической камере по режиму, представленному в таблице 5.A molding solution of the composition shown in table 5 is prepared, a layer with a thickness of 150 μm is applied to the conveyor belt and processed in a climatic chamber according to the mode shown in table 5.
Полученная мембрана гидрофильна (самопроизвольно смачивается в воде), имеет давление точки пузырька 1.0 атм и производительность по воде 100 м3/(м2·ч·атм).The resulting membrane is hydrophilic (spontaneously wetted in water), has a bubble point pressure of 1.0 atm and a water capacity of 100 m 3 / (m 2 · h · atm).
Давлению точки пузырька РТП=1.0 атм соответствует максимальный размер пор по формуле (2), равный DМАКС=0.94 мкмThe pressure of the bubble point P TP = 1.0 atm corresponds to the maximum pore size according to formula (2), equal to D MAX = 0.94 μm
Пример 6.Example 6
Готовят формовочный раствор состава, приведенного в таблице 6, наносят на конвейерную ленту слой толщиной 50 мкм и обрабатывают в климатической камере по режиму, представленному в таблице 6.A molding solution of the composition shown in table 6 is prepared, a layer with a thickness of 50 μm is applied to the conveyor belt and processed in a climatic chamber according to the mode shown in table 6.
Полученная мембрана гидрофильна (самопроизвольно смачивается в воде). Давление точки пузырька по воде составляет больше 6 атм, поэтому измерено по изопропиловому спирту и составляет 2.8 атм. Производительность по воде равна 3 м3/(м2·ч·атм).The resulting membrane is hydrophilic (spontaneously wetted in water). The pressure of the bubble point on the water is more than 6 atm; therefore, it is measured by isopropyl alcohol and amounts to 2.8 atm. Water productivity is 3 m 3 / (m 2 · h · atm).
Пример 7.Example 7
Готовят формовочный раствор состава, приведенного в таблице 7, наносят на конвейерную ленту слой толщиной 100 мкм и обрабатывают в климатической камере по режиму, представленному в таблице 7.A molding solution of the composition shown in table 7 is prepared, a layer with a thickness of 100 μm is applied to the conveyor belt and processed in a climatic chamber according to the mode shown in table 7.
Полученная мембрана гидрофильна (самопроизвольно смачивается в воде), имеет давление точки пузырька 2.5 атм и производительность по воде 30 м3/м2·ч·атм.The resulting membrane is hydrophilic (spontaneously wetted in water), has a bubble point pressure of 2.5 atm and a water capacity of 30 m 3 / m 2 · h · atm.
Пример 8.Example 8
Готовят формовочный раствор состава, приведенного в таблице 8, наносят на конвейерную ленту слой толщиной 100 мкм и обрабатывают в климатической камере по режиму, представленному в таблице 8.A molding solution of the composition shown in table 8 is prepared, a layer with a thickness of 100 μm is applied to the conveyor belt and processed in a climatic chamber according to the mode shown in table 8.
Полученная мембрана гидрофильна (самопроизвольно смачивается в воде), имеет давление точки пузырька 1.8 атм и производительность по воде 55 м3/(м2·ч·атм).The resulting membrane is hydrophilic (spontaneously wetted in water), has a bubble point pressure of 1.8 atm and a water capacity of 55 m 3 / (m 2 · h · atm).
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010122029/05A RU2440182C1 (en) | 2010-06-01 | 2010-06-01 | Method of producing flat porous membrane from polyethersulfone |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010122029/05A RU2440182C1 (en) | 2010-06-01 | 2010-06-01 | Method of producing flat porous membrane from polyethersulfone |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2440182C1 true RU2440182C1 (en) | 2012-01-20 |
Family
ID=45785620
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010122029/05A RU2440182C1 (en) | 2010-06-01 | 2010-06-01 | Method of producing flat porous membrane from polyethersulfone |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2440182C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2630121C1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-09-05 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") | Microfiltration device for water treatment from mechanical pollution |
-
2010
- 2010-06-01 RU RU2010122029/05A patent/RU2440182C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2630121C1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-09-05 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова" (АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова") | Microfiltration device for water treatment from mechanical pollution |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5707596B2 (en) | Asymmetric membrane | |
Mansourizadeh et al. | Preparation of blend polyethersulfone/cellulose acetate/polyethylene glycol asymmetric membranes for oil–water separation | |
Ghandashtani et al. | A novel approach to fabricate high performance nano-SiO2 embedded PES membranes for microfiltration of oil-in-water emulsion | |
KR101491782B1 (en) | Polymer resin composition for preparing of microfilter membrane or ultrafilter membrane, preparation method of polymer filter membrane, and polymer filter membrane | |
JP5613911B2 (en) | Multilayer microfiltration membrane | |
US20050229681A1 (en) | Gas permeation method for porous membrane | |
CN113842792A (en) | Asymmetric PES (polyether sulfone) filter membrane for virus removal and preparation method thereof | |
JP5845513B2 (en) | Polymer membrane with large pores | |
KR101240953B1 (en) | Method for manufacturing porous membrane and asymmetric porous membrane thereby | |
US20150246328A1 (en) | Composite porous polymeric membrane with high void volume | |
KR101716007B1 (en) | Polyamide watertreatment membranes of drying type having properies of high performance and manufacturing method thereof | |
KR20130090906A (en) | Method for manufacturing sheet-shaped separation membrane | |
RU2440182C1 (en) | Method of producing flat porous membrane from polyethersulfone | |
JP5796235B2 (en) | Membrane containing fibers of multiple sizes | |
KR101915280B1 (en) | Ptfe/pfsa blended membrane | |
KR101002597B1 (en) | Method for Manufacturing Porous membrane | |
KR102525810B1 (en) | Porous fluorine resin membrane and method for preparing the same | |
KR101198646B1 (en) | Manufacturing method of asymmetric porous membrane and asymmetric porous membrane thereby | |
CN113195082A (en) | Porous membranes for high pressure filtration | |
KR20140072745A (en) | Polusulfones sterization membrane having multilayer and folding type catridge filter compring the same | |
WO2023276614A1 (en) | Forward osmosis membrane and forward osmosis membrane module including same | |
KR20140072709A (en) | Polusulfones sterization membrane and manufacturing method thereof | |
WO2023276642A1 (en) | Forward osmosis membrane module and manufacturing method therefor | |
WO2024128243A1 (en) | Porous membrane and purification method | |
Alsalhy et al. | Polyvinyl alcohol/Polyvinyl chloride (Pva/Pvc) hollow fiber composite nanofiltration membranes for water treatment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130602 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140720 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20151027 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160602 |