RU2753406C1 - Asymmetrical polymer pervaporation membrane - Google Patents

Asymmetrical polymer pervaporation membrane Download PDF

Info

Publication number
RU2753406C1
RU2753406C1 RU2021100400A RU2021100400A RU2753406C1 RU 2753406 C1 RU2753406 C1 RU 2753406C1 RU 2021100400 A RU2021100400 A RU 2021100400A RU 2021100400 A RU2021100400 A RU 2021100400A RU 2753406 C1 RU2753406 C1 RU 2753406C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane
pervaporation
molecular weight
selective layer
triethanolamine
Prior art date
Application number
RU2021100400A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Олегович Сазонов
Ильсия Муллаяновна Давлетбаева
Ильяс Наилевич Закиров
Руслан Сагитович Давлетбаев
Александр Вячеславович Клинов
Александр Владимирович Малыгин
Азат Равилевич Фазлыев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ")
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 бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ")
Priority to RU2021100400A priority Critical patent/RU2753406C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2753406C1 publication Critical patent/RU2753406C1/en

Links

Classifications

    • 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
    • B01D71/54Polyureas; Polyurethanes

Abstract

FIELD: membranes.
SUBSTANCE: invention relates to membrane technology. Described is an asymmetrical polymer pervaporation membrane including a consequently selective layer, a nanoporous sublayer and a microporous substrate, with a total thickness of 100 to 120 mcm, the selective layer is made of a polymeric polyurethane composition containing polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400, an aromatic isocyanate and a solvent; according to the invention, as an aromatic isocyanate, the composition comprises a polyisocyanate based on 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, as a solvent the composition comprises acetone, and additionally comprises orthophosphoric acid and triethanolamine, at the following ratio of components, pts. wt.: polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 - 100, polyisocyanate based on 4,4'-diphenylmethane diisocyanate 100 to 110, acetone 14 to 18, orthophosphoric acid 10 to 15, triethanolamine 6 to 8.
EFFECT: increased pervaporation separation index of the membrane.
1 cl, 1 tbl, 8 ex

Description

Изобретение относится к мембранной технологии, конкретно к ассиметричным полимерным первапорационным мембранам с селективным слоем из полимерной полиуретановой композиции и может найти применение для разделения смеси изопропанол-вода в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.The invention relates to membrane technology, specifically to asymmetric polymeric pervaporation membranes with a selective layer of polymeric polyurethane composition and can be used for separating isopropanol-water mixture in chemical, food, pharmaceutical and other industries.

Индекс первапорационного разделения (PSI), являющийся мерой измерения ее разделительной способности, включает в себя коэффициент разделения мембраны (1) и удельную производительность (2). По индексу первапорационного разделения можно судить об эффективности мембраны, что дает возможность подобрать мембрану с оптимальным значением PSI.The Pervaporation Separation Index (PSI), a measure of its separation capacity, includes the membrane separation factor (1) and specific productivity (2). The pervaporation separation index can be used to judge the effectiveness of the membrane, which makes it possible to select a membrane with the optimal PSI value.

1) Коэффициент разделения представляет собой эффективность разделения первапорационной мембраной системы. Коэффициент разделения может быть вычислен согласно уравнению:1) The separation factor is the separation efficiency of the pervaporation membrane system. The split ratio can be calculated according to the equation:

Figure 00000001
Figure 00000001

в котором

Figure 00000002
массовые доли компонентов в пермеате, PIP FIP массовые доли компонентов в ретанте (сырье), соответственно.in which
Figure 00000002
mass fractions of components in the permeate, P IP F IP mass fractions of components in the retant (raw material), respectively.

2) Удельная производительность мембраны:2) Specific performance of the membrane:

Удельная производительность мембраны - это количество компонентов, проникающих через определенную площадь поверхности мембраны в заданную единицу времени. Удельная производительность мембраны измеряется потоком проницаемости J, который связывает поток продукта с площадью мембраны, необходимой для достижения разделения.The specific performance of a membrane is the number of components that penetrate through a certain membrane surface area in a given unit of time. Membrane specific performance is measured by the permeability flow J, which links the product flow to the membrane area required to achieve separation.

Удельная производительность может быть определена гравиметрическим способом и вычислен согласно уравнению:Specific productivity can be determined gravimetrically and calculated according to the equation:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Δg - общее количество пермеата (л или кг), S - эффективная площадь поверхности мембраны (м2), a Δt - время проникновения (ч).where Δg is the total amount of permeate (l or kg), S is the effective membrane surface area (m 2 ), and Δt is the penetration time (h).

(3) Индекс первапорационного разделения мембраны(3) Pervaporation membrane separation index

Индекс первапорационного разделения мембраны (PSI) можно выразить уравнением:The membrane pervaporation separation index (PSI) can be expressed by the equation:

PSI=J(α-l),PSI = J (α-l),

где J - удельная производительность, кг/м2чwhere J - specific productivity, kg / m 2 h

α - фактор разделения мембраныα - membrane separation factor

Чем выше значение индекса первапорационного разделения (PSI), тем выше эффективность мембраны.The higher the Pervaporation Separation Index (PSI) value, the higher the membrane efficiency.

Первапорационное разделение с использованием полимерных мембран перспективно в процессах обезвоживания изопропанола (IP). Использование традиционных способов разделения в этом случае является экономически нецелесообразным и приводит к загрязнению окружающей среды. Изопропанол широко используется в современной полупроводниковой и микроэлектронной промышленности в качестве растворителя и чистящего вещества, в качестве модификатора при полимеризации, антиобледенительного агента и консерванта, в качестве аэрозольного растворителя в медицине, а также при экстракции и очистки натуральных продуктов.Pervaporation separation using polymer membranes is promising in the processes of isopropanol (IP) dehydration. The use of traditional separation methods in this case is economically impractical and leads to environmental pollution. Isopropanol is widely used in modern semiconductor and microelectronic industries as a solvent and cleaning agent, as a polymerization modifier, deicing agent and preservative, as an aerosol solvent in medicine, as well as in the extraction and purification of natural products.

Обычно толщина мембраны составляет 50-300 мкм, что обеспечивает достаточную механическую прочность, для повышения которой в реальной технологии используют нетканую основу.Typically, the membrane thickness is 50-300 microns, which provides sufficient mechanical strength, to increase which, in real technology, a nonwoven base is used.

Спрос на изопропанол с каждым годом растет, что способствует увеличению цены на чистое вещество. Кроме того, отходы изопропанола чрезвычайно вредны для окружающей среды и требуют больших затрат на их утилизацию. Регенерация с использованием ассиметричной полимерной первапорационной мембраны и повторное использование имеет важное значение как с экономической, так и с экологической точек зрения.The demand for isopropanol is growing every year, which contributes to an increase in the price of the pure substance. In addition, isopropanol waste is extremely harmful to the environment and requires high disposal costs. Regeneration using an asymmetric polymer pervaporation membrane and reuse is important from both economic and environmental points of view.

Концентрации веществ в разделяемой смеси напрямую влияют на сорбционное поведение на границе раздела мембраны и жидкости, а также на диффузию компонента через мембрану.The concentrations of substances in the mixture to be separated directly affect the sorption behavior at the interface between the membrane and the liquid, as well as the diffusion of the component through the membrane.

Первапорационные мембраны с селективным полиуретановым слоем стабильны в среде разнообразных растворителей, а также имеют улучшенные технические характеристики по сравнению с коммерчески доступными мембранами. Полиуретановая пленка - чрезвычайно износостойкий материал, который может обеспечить многолетнее использование мембран в условиях постоянно действующего промышленного производства.Pervaporation membranes with a selective polyurethane layer are stable in a variety of solvents and also have improved performance over commercially available membranes. Polyurethane film is an extremely wear-resistant material that can ensure long-term use of membranes in a permanent industrial production environment.

Известна полимерная первапорационная мембрана, включающая последовательно селективный слой, нанопористый подслой и микропористую подложку, общей толщины 90-100 мкм, селективный слой которой выполнен из полимерной полиуретановой композиции, содержащей полибутадиен, 1,4-бутандиол, отвердитель ароматический изоцианат на основе 4,4'-дициклогексилметана, а также катализатор дибутилдилаурат олова.Known polymer pervaporation membrane, which includes a sequentially selective layer, a nanoporous sublayer and a microporous substrate, with a total thickness of 90-100 microns, the selective layer of which is made of a polymer polyurethane composition containing polybutadiene, 1,4-butanediol, a hardener aromatic isocyanate based on 4.4 ' -dicyclohexylmethane, as well as the catalyst dibutyldilaurate tin.

При содержании в разделяемой смеси изопропанол:вода воды 10 мас. % коэффициент разделения и удельная производительность мембраны составляют 175 и 0,320 кг/м2ч, соответственно, индекс первапорационного разделения (PSI) равен 55,7.When the content of the mixture to be separated isopropanol: water, water 10 wt. % separation coefficient and specific productivity of the membrane are 175 and 0.320 kg / m 2 h, respectively, the pervaporation separation index (PSI) is 55.7.

Недостатком известной полимерной первапорационной мембраны является недостаточно высокий индекс первапорационного разделения (PSI), см. Shih-Liang Huang, Po-Hsueh Chang, Mei-Hui Tsai, Huang-Chen Chang // Properties and pervaporation performances of crosslinked TPB-based polyurethane membranes / Separation and Purification Technology Vol. 56, No. 56, pp. 63-70, 2007.The disadvantage of the known polymer pervaporation membrane is an insufficiently high pervaporation separation index (PSI), see Shih-Liang Huang, Po-Hsueh Chang, Mei-Hui Tsai, Huang-Chen Chang // Properties and pervaporation performances of crosslinked TPB-based polyurethane membranes / Separation and Purification Technology Vol. 56, No. 56, pp. 63-70, 2007.

Известна полимерная первапорационная мембрана, включающая последовательно селективный слой, нанопористый подслой и микропористую подложку, селективный слой которой выполнен из полимерной полиуретановой композиции, содержащей олигодиол на основе гидроксил-терминированного полибутадиена (с молекулярной массой 1333 г/моль), бутандиол-1,4, отвердитель - ароматический изоцианат на основе 4,4'-дициклогексилметана, растворитель - смесь толуола и диметилформамида, а также катализатор дибутилдилаурат олова.Known polymeric pervaporation membrane, which includes a sequentially selective layer, a nanoporous sublayer and a microporous substrate, the selective layer of which is made of a polymeric polyurethane composition containing an oligodiol based on hydroxyl-terminated polybutadiene (with a molecular weight of 1333 g / mol), butanediol-1,4, a hardener - aromatic isocyanate based on 4,4'-dicyclohexylmethane, the solvent is a mixture of toluene and dimethylformamide, and the catalyst is dibutyl tin dilaurate.

При содержании в разделяемой смеси изопропанол:вода воды 10 мас. % коэффициент разделения и удельная производительность мембраны составляют 225 и 0,375 кг/м2ч, соответственно, индекс первапорационного разделения (PSI) равен 84,3.When the content of the mixture to be separated isopropanol: water, water 10 wt. % separation factor and specific productivity of the membrane are 225 and 0.375 kg / m 2 h, respectively, the pervaporation separation index (PSI) is 84.3.

Недостатком известной полимерной первапорационной мембраны является недостаточно высокий индекс первапорационного разделения (PSI), см. Mei-Hui Tsai, Shih-Liang Huang, Po-Hsueh Chang, Chiou-Jey Chen // Properties and pervaporation separation of hydroxyl-terminated polybutadiene-based polyurethane/poly(methyl metharcylate) interpenetrating networks membranes / Journal of Applied Polymer Science, Vol. 106, pp. 4277-4286, 2007.The disadvantage of the known polymeric pervaporation membrane is the insufficiently high pervaporation separation index (PSI), see Mei-Hui Tsai, Shih-Liang Huang, Po-Hsueh Chang, Chiou-Jey Chen // Properties and pervaporation separation of hydroxyl-terminated polybutadiene-based polyurethane / poly (methyl metharcylate) interpenetrating networks membranes / Journal of Applied Polymer Science, Vol. 106, pp. 4277-4286, 2007.

Известна полимерная первапорационная мембрана, включающая последовательно селективный слой, нанопористый подслой и микропористую подложку, селективный слой которой выполнен из полимерной полиуретановой композиции, содержащей гидроксил-терминированный полибутадиен (с молекулярной массой 1333 г/моль), бутандиол-1,4, отвердитель - ароматический изоцианат на основе 4,4'-дициклогексилметана и пероксида бензоила, а также катализатор дибутилдилаурат олова.Known polymer pervaporation membrane, which includes a sequentially selective layer, a nanoporous sublayer and a microporous substrate, the selective layer of which is made of a polymer polyurethane composition containing hydroxyl-terminated polybutadiene (with a molecular weight of 1333 g / mol), butanediol-1,4, a hardener - aromatic isocyanate based on 4,4'-dicyclohexylmethane and benzoyl peroxide, as well as the catalyst dibutyl tin dilaurate.

При содержании в разделяемой смеси воды 20 мас. % коэффициент разделения и удельная производительность мембраны составляют 4,67 и 1,583 кг/м2ч, соответственно, индекс первапорационного разделения (PSI) равен 5,8.When the content of the separated mixture of water is 20 wt. % separation factor and membrane specific productivity are 4.67 and 1.583 kg / m 2 h, respectively, the pervaporation separation index (PSI) is 5.8.

Недостатком известной первапорационной мембраны является низкий индекс первапорационного разделения (PSI), см. Min-Shiun Chao, Shih-Liang Huang // Epoxidized HTPB-based Polyurethane Membranes for Pervaporation Separation / Journal of the Chinese Chemical Society, Vol. 52, pp. 287-294, 2005.The disadvantage of the known pervaporation membrane is the low PSI, see Min-Shiun Chao, Shih-Liang Huang // Epoxidized HTPB-based Polyurethane Membranes for Pervaporation Separation / Journal of the Chinese Chemical Society, Vol. 52, pp. 287-294, 2005.

Наиболее близкой по технической сущности является ассиметричная полимерная первапорационная мембрана, включающая последовательно селективный слой, нанопористый подслой и микропористую подложку, общей толщины 100-120 мкм, селективный слой мембраны выполнен из полимерной полиуретановой композиции, содержащей полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400, ароматический изоциант на основе 2,4-толуилендиизоцианата, катализатор дибутилдилаурат олова и в качестве растворителя - тетрагидрофуран, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:The closest in technical essence is an asymmetric polymeric pervaporation membrane, which includes a selective layer in series, a nanoporous sublayer and a microporous substrate, with a total thickness of 100-120 microns, the selective membrane layer is made of a polymeric polyurethane composition containing polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400, an aromatic isocyant based on 2 , 4-toluene diisocyanate, catalyst is dibutyl tin dilaurate and tetrahydrofuran as a solvent, with the following ratio of components, wt. h .:

полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 100100 2,4-толуилендиизоцианат2,4-toluene diisocyanate 10ten дибутилдилаурат оловаdibutyl tin dilaurate 0,080.08 указанный растворительspecified solvent 54,454.4

Полученный при указанных соотношениях компонентов полиуретановый слой далее подвергают воздействию температуры, равной 80°С, в течение 5 часов.The polyurethane layer obtained at the indicated ratios of the components is further exposed to a temperature equal to 80 ° C for 5 hours.

При разделении смеси изопропанол:вода с использованием указанной ассиметричной полимерной первапорационной мембраны, при содержании в разделяемой смеси воды 20 мас. %, коэффициент разделения составляет 4,6, удельная производительность мембраны составляет 0,081 кг/м2ч, индекс первапорационного разделения (PSI) мембраны PSI равен 0,37, см. Swatilekha Das, Suparna Sarkar, Piyali Basak and Basudam Adhikari // Dehydration of alcohols by pervaporation using hydrophilic polyether urethane membranes / Journal of Scientific and Research, Vol. 67, pp. 219-227, 2008When separating a mixture of isopropanol: water using the specified asymmetric polymeric pervaporation membrane, with a content of 20 wt. %, the separation factor is 4.6, the specific productivity of the membrane is 0.081 kg / m 2 h, the pervaporation separation index (PSI) of the membrane PSI is 0.37, see Swatilekha Das, Suparna Sarkar, Piyali Basak and Basudam Adhikari // Dehydration of alcohols by pervaporation using hydrophilic polyether urethane membranes / Journal of Scientific and Research, Vol. 67, pp. 219-227, 2008

Недостатком известной ассиметричной полимерной первапорационной мембраны является низкий индекс первапорационного разделения смеси изопропанол-вода, составляющий 0,37.The disadvantage of the known asymmetric polymeric pervaporation membrane is the low pervaporation separation index of the isopropanol-water mixture, which is 0.37.

Технической проблемой является низкое значение индекса первапорационного разделения мембраны (PSI).A technical problem is the low value of the membrane pervaporation separation index (PSI).

Техническая проблема увеличения индекса первапорационного разделения мембраны PSI решается тем, что ассиметричная полимерная первапорационная мембрана, включающая последовательно селективный слой, нанопористый подслой и микропористую подложку, общей толщины 100-120 мкм, селективный слой выполнен из полимерной полиуретановой композиции, содержащей полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400, ароматический изоцианат и растворитель, согласно изобретению, в качестве ароматического изоцианата композиция содержит полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, в качестве растворителя содержит ацетон и дополнительно содержит орто-фосфорную кислоту и триэтаноламин, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:The technical problem of increasing the PSI membrane pervaporation separation index is solved by the fact that an asymmetric polymeric pervaporation membrane, including a selective layer, a nanoporous sublayer and a microporous substrate, with a total thickness of 100-120 μm, the selective layer is made of a polymeric polyurethane composition containing polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 aromatic isocyanate and a solvent, according to the invention, as an aromatic isocyanate, the composition contains a polyisocyanate based on 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, as a solvent contains acetone and additionally contains orthophosphoric acid and triethanolamine, in the following ratio of components, wt. h .:

полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 100100 полиизоцианат на основеpolyisocyanate based 4,4'-дифенилметандиизоцианата4,4'-diphenylmethane diisocyanate 100-110100-110 ацетонacetone 14-1814-18 орто-фосфорная кислотаorthophosphoric acid 10-1510-15 триэтаноламинtriethanolamine 6-86-8

Решение технической задачи позволяет значительно увеличить коэффициент разделения, удельную производительность и индекс первапорационного разделения (PSI) ассиметричной полимерной первапорационной мембраны.Solution of the technical problem allows to significantly increase the separation factor, specific productivity and pervaporation separation index (PSI) of an asymmetric polymeric pervaporation membrane.

Характеристика веществ и материалов, используемых в заявленной ассиметричной полимерной первапорационной мембране:Characteristics of substances and materials used in the claimed asymmetric polymer pervaporation membrane:

- полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400 производство ОАО «Нижнекамскнефтехим», Россия;- polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 produced by OAO Nizhnekamskneftekhim, Russia;

- орто-фосфорная кислота по ГОСТ 6552-80;- ortho-phosphoric acid in accordance with GOST 6552-80;

- триэтаноламин, производство ПАО «Казаньоргсинтез», Россия ТУ 2423-168-00203335-2007;- triethanolamine, produced by Kazanorgsintez PJSC, Russia TU 2423-168-00203335-2007;

- полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата марки Wannate РМ-200, производство Wanhua-Borsodchem, Китай;- polyisocyanate based on 4,4'-diphenylmethane diisocyanate brand Wannate PM-200, manufactured by Wanhua-Borsodchem, China;

- ацетон по ГОСТ 2603-79;- acetone in accordance with GOST 2603-79;

- нанопористое фторпластовое покрытие Ф42Л толщиной 20-25 мкм и пористостью 0,05 нм, «Владипор», Россия;- nanoporous fluoroplastic coating F42L with a thickness of 20-25 microns and a porosity of 0.05 nm, "Vladipor", Russia;

- микропористая подложка из лавсан-пропиленового полотна толщиной 40-80 мкм, «Владипор», Россия.- microporous substrate made of lavsan-propylene cloth with a thickness of 40-80 microns, "Vladipor", Russia.

Для разделения двухкомпонентной смеси изопропанол:вода заявленная ассиметричная полимерная первапорационная мембрана включает последовательно селективный слой, выполненный из полимерной полиуретановой композиции, нанопористый подслой из фторпласта Ф42Л, и микропористую подложку на основе полипропилена и лавсана.To separate a two-component mixture of isopropanol: water, the claimed asymmetric polymeric pervaporation membrane includes a selective layer made of a polymeric polyurethane composition, a nanoporous sublayer of fluoroplastic F42L, and a microporous substrate based on polypropylene and lavsan.

Для формирования селективного слоя ассиметричной полимерной первапорационной мембраны вначале смешивают полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400, орто-фосфорную кислоту и триэтаноламин, при соотношении компонентов, мас. ч.:To form a selective layer of an asymmetric polymeric pervaporation membrane, polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400, orthophosphoric acid and triethanolamine are first mixed at a ratio of components, wt. h .:

полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 100100 орто-фосфорная кислотаorthophosphoric acid 10-1510-15 триэтаноламинtriethanolamine 6-8,6-8,

полученную смесь нагревают в вакууме при 2 мм. рт.ст. при температуре 80°С в течение 2-х часов, затем помещают в емкость, в которую вводят ацетон и при перемешивании вводят полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:the resulting mixture was heated under vacuum at 2 mm. Hg at a temperature of 80 ° C for 2 hours, then placed in a container into which acetone is introduced and, with stirring, a polyisocyanate based on 4,4'-diphenylmethane diisocyanate is introduced with the following ratio of components, wt. h .:

полиизоцианат на основеpolyisocyanate based 4,4'- дифенилметандиизоцианата4,4'-diphenylmethane diisocyanate 100-110100-110 ацетонacetone 14-1814-18

Из полученной полимерной полиуретановой композиции формируют селективный слой мембраны путем ее нанесения на поверхность нанопористого подслоя микропористой подложки из лавсан-пропиленового полотна с последующим отверждением при нормальных условиях в течение 48 часов.A selective membrane layer is formed from the obtained polymeric polyurethane composition by applying it to the surface of a nanoporous sublayer of a microporous substrate made of lavsan-propylene cloth, followed by curing under normal conditions for 48 hours.

Полученная таким образом ассиметричная полимерная первапорационная мембрана предназначена для разделения двухкомпонентной смеси изопропанол:вода.The asymmetric polymeric pervaporation membrane obtained in this way is intended for the separation of a two-component mixture of isopropanol: water.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения:The invention is illustrated by the following examples of specific implementation:

Пример 1Example 1

Для разделения двухкомпонентной смеси изопропанол:вода используют ассиметричную полимерную первапорационную мембрану, включающую последовательно селективный слой толщиной 20 мкм, выполненный из полимерной полиуретановой композиции, нанопористый подслой из фторпласта Ф42Л с размером пор 50 нм и толщиной 20 мкм, и микропористую подложку на основе полипропилена и лавсана толщиной 60 мкм с общей пористостью 80%.To separate a two-component mixture of isopropanol: water, an asymmetric polymeric pervaporation membrane is used, including a sequentially selective layer 20 μm thick made of a polymeric polyurethane composition, a nanoporous sublayer of fluoroplastic F42L with a pore size of 50 nm and a thickness of 20 μm, and a microporous substrate based on polypropylene and lavsan 60 microns thick with a total porosity of 80%.

Для формирования селективного слоя ассиметричной полимерной первапорационной мембраны вначале смешивают полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400, орто-фосфорную кислоту и триэтаноламин, при соотношении компонентов, мас. ч.:To form a selective layer of an asymmetric polymeric pervaporation membrane, polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400, orthophosphoric acid and triethanolamine are first mixed at a ratio of components, wt. h .:

полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 100100 орто-фосфорная кислотаorthophosphoric acid 10ten триэтаноламинtriethanolamine 6,6,

полученную смесь нагревают в вакууме при 2 мм. рт.ст. при температуре 80°С в течение 2-х часов, затем помещают в емкость, в которую вводят ацетон и при перемешивании вводят полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:the resulting mixture was heated under vacuum at 2 mm. Hg at a temperature of 80 ° C for 2 hours, then placed in a container into which acetone is introduced and, with stirring, a polyisocyanate based on 4,4'-diphenylmethane diisocyanate is introduced with the following ratio of components, wt. h .:

полиизоцианат на основеpolyisocyanate based 4,4' -дифенилметандиизоцианата4,4'-diphenylmethane diisocyanate 100100 ацетонacetone 14fourteen

Из полученной полимерной полиуретановой композиции формируют селективный слой мембраны путем ее нанесения на поверхность нанопористого подслоя с последующим отверждением при нормальных условиях в течение 48 часов.A selective membrane layer is formed from the obtained polymeric polyurethane composition by applying it to the surface of a nanoporous sublayer, followed by curing under normal conditions for 48 hours.

Толщина селективного слоя составляет 20 мкм, толщина нанопористого слоя -20 мкм, толщина полипропилен-лавсановой подложки составляет 60 мкм. Общая толщина ассиметричной полимерной первапорацинонной мембраны составляет 100 мкм.The thickness of the selective layer is 20 microns, the thickness of the nanoporous layer is 20 microns, the thickness of the polypropylene-lavsan substrate is 60 microns. The total thickness of the asymmetric polymeric pervaporacinone membrane is 100 µm.

Полученная таким образом ассиметричная полимерная первапорационная мембрана обладает следующими характеристиками разделения:The asymmetric polymeric pervaporation membrane thus obtained has the following separation characteristics:

При разделении бинарной смеси изопропанол:вода с содержанием воды 20% при температуре 30°С, коэффициент разделения составляет 105 при производительности 0,704 кг/м2ч. Значение PSI в данном случае равно 73,2.When separating a binary mixture of isopropanol: water with a water content of 20% at a temperature of 30 ° C, the separation factor is 105 with a productivity of 0.704 kg / m 2 h. The PSI value in this case is 73.2.

Пример 2 аналогичен примеру 1, при этом:Example 2 is similar to example 1, with:

Селективный слой ассиметричной полимерной первапорационной мембраны выполнен из полимерной полиуретановой композиции при соотношении компонентов, мас. ч.:The selective layer of the asymmetric polymeric pervaporation membrane is made of a polymeric polyurethane composition with a ratio of components, wt. h .:

полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 100100 орто-фосфорная кислотаorthophosphoric acid 12,512.5 триэтаноламинtriethanolamine 66 полиизоцианат на основеpolyisocyanate based 4,4'-дифенилметандиизоцианата4,4'-diphenylmethane diisocyanate 100100 ацетонacetone 14fourteen

При разделении бинарной смеси изопропанол:вода с содержанием воды 20% при температуре 40°С, коэффициент разделения составляет 104, удельная производительность - 0,904 кг/м2ч. Значение PSI равно 93,1.When separating a binary mixture of isopropanol: water with a water content of 20% at a temperature of 40 ° C, the separation factor is 104, the specific productivity is 0.904 kg / m 2 h. The PSI value is 93.1.

Пример 3 аналогичен примеру 1, при этом:Example 3 is similar to example 1, with:

Селективный слой ассиметричной полимерной первапорационной мембраны выполнен из полимерной полиуретановой композиции при соотношении компонентов, мас. ч.:The selective layer of the asymmetric polymeric pervaporation membrane is made of a polymeric polyurethane composition with a ratio of components, wt. h .:

полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 100100 орто-фосфорная кислотаorthophosphoric acid 10ten триэтаноламинtriethanolamine 66 полиизоцианат на основеpolyisocyanate based 4,4'-дифенилметандиизоцианата4,4'-diphenylmethane diisocyanate 100100 ацетонacetone 14fourteen

При разделении бинарной смеси изопропанол:вода с содержанием воды 15% при температуре 40°С, коэффициент разделения составляет 148, удельная производительность - 0,805 кг/м2ч. Значение PSI равно 119,1When separating a binary mixture of isopropanol: water with a water content of 15% at a temperature of 40 ° C, the separation factor is 148, the specific productivity is 0.805 kg / m 2 h. The PSI value is 119.1

Пример 4 аналогичен примеру 1, при этом:Example 4 is similar to example 1, with:

Селективный слой ассиметричной полимерной первапорационной мембраны выполнен из полимерной полиуретановой композиции при соотношении компонентов, мас. ч.:The selective layer of the asymmetric polymeric pervaporation membrane is made of a polymeric polyurethane composition with a ratio of components, wt. h .:

полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 100100 орто-фосфорная кислотаorthophosphoric acid 1515 триэтаноламинtriethanolamine 66 полиизоцианат на основеpolyisocyanate based 4,4'-дифенилметандиизоцианата4,4'-diphenylmethane diisocyanate 100100 ацетонacetone 14fourteen

При разделении бинарной смеси изопропанол:вода с содержанием воды 15% при температуре 40°С, коэффициент разделения составляет 155, удельная производительность - 0,974 кг/м2ч. Значение PSI равно 149,9When separating a binary mixture of isopropanol: water with a water content of 15% at a temperature of 40 ° C, the separation factor is 155, the specific productivity is 0.974 kg / m 2 h. The PSI value is 149.9

Пример 5 аналогичен примеру 1, при этом:Example 5 is similar to example 1, with:

Селективный слой ассиметричной полимерной первапорационной мембраны выполнен из полимерной полиуретановой композиции при соотношении компонентов, мас. ч.:The selective layer of the asymmetric polymeric pervaporation membrane is made of a polymeric polyurethane composition with a ratio of components, wt. h .:

полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 100100 орто-фосфорная кислотаorthophosphoric acid 12,512.5 триэтаноламинtriethanolamine 8eight полиизоцианат на основеpolyisocyanate based 4,4'-дифенилметандиизоцианата4,4'-diphenylmethane diisocyanate 100100 ацетонacetone 14fourteen

При разделении бинарной смеси изопропанол:вода с содержанием воды 15% при температуре 60°С, коэффициент разделения составляет 71, удельная производительность - 2,298 кг/м2ч. Значение PSI равно 163,1.When separating a binary mixture of isopropanol: water with a water content of 15% at a temperature of 60 ° C, the separation factor is 71, and the specific productivity is 2.298 kg / m 2 h. The PSI value is 163.1.

Пример 6 аналогичен примеру 1, при этом:Example 6 is similar to example 1, with:

Селективный слой ассиметричной полимерной первапорационной мембраны выполнен из полимерной полиуретановой композиции при соотношении компонентов, мас. ч.:The selective layer of the asymmetric polymeric pervaporation membrane is made of a polymeric polyurethane composition with a ratio of components, wt. h .:

полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 100100 орто-фосфорная кислотаorthophosphoric acid 12,512.5 триэтаноламинtriethanolamine 66 полиизоцианат на основеpolyisocyanate based 4,4'-дифенилметандиизоцианата4,4'-diphenylmethane diisocyanate 100100 ацетонacetone 14fourteen

При разделении бинарной смеси изопропанол:вода с содержанием воды 15% при температуре 60°С, коэффициент разделения составляет 54, удельная производительность - 3,734 кг/м2ч. Значение PSI равно 201,6.When separating a binary mixture of isopropanol: water with a water content of 15% at a temperature of 60 ° C, the separation factor is 54, the specific productivity is 3.734 kg / m 2 h. The PSI value is 201.6.

Пример 7 аналогичен примеру 1, при этом:Example 7 is similar to example 1, with:

Селективный слой ассиметричной полимерной первапорационной мембраны выполнен из полимерной полиуретановой композиции при соотношении компонентов, мас. ч.:The selective layer of the asymmetric polymeric pervaporation membrane is made of a polymeric polyurethane composition with a ratio of components, wt. h .:

полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 100100 орто-фосфорная кислотаorthophosphoric acid 12,512.5 триэтаноламинtriethanolamine 66 полиизоцианат на основеpolyisocyanate based 4,4'-дифенилметандиизоцианата4,4'-diphenylmethane diisocyanate 110110 ацетонacetone 14fourteen

При разделении бинарной смеси изопропанол:вода с содержанием воды 10% при температуре 30°С, коэффициент разделения составляет 189, удельная производительность - 0,722 кг/м2ч. Значение PSI равно 135,7.When separating a binary mixture of isopropanol: water with a water content of 10% at a temperature of 30 ° C, the separation factor is 189, and the specific productivity is 0.722 kg / m 2 h. The PSI value is 135.7.

Пример 8 аналогичен примеру 1, при этом:Example 8 is similar to example 1, with:

Селективный слой ассиметричной полимерной первапорационной мембраны выполнен из полимерной полиуретановой композиции при соотношении компонентов, мас. ч.:The selective layer of the asymmetric polymeric pervaporation membrane is made of a polymeric polyurethane composition with a ratio of components, wt. h .:

полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400 100100 орто-фосфорная кислотаorthophosphoric acid 12,512.5 триэтаноламинtriethanolamine 66 полиизоцианат на основеpolyisocyanate based 4,4'-дифенилметандиизоцианата4,4'-diphenylmethane diisocyanate 100100 ацетонacetone 18eighteen

При разделении бинарной смеси изопропанол:вода с содержанием воды 10% при температуре 40°С, коэффициент разделения составляет 145, удельная производительность - 1,254 кг/м2ч. Значение PSI равно 180,5.When separating a binary mixture of isopropanol: water with a water content of 10% at a temperature of 40 ° C, the separation factor is 145, the specific productivity is 1.254 kg / m 2 h. The PSI value is 180.5.

Характеристика ассиметричной полимерной первапорационной мембраны при разделении смеси изопропанол:вода с содержанием воды 10,15,20 мас. %, селективный слой которой выполнен из полимерной полиуретановой композиции, представлена в Таблице 1.Characteristics of an asymmetric polymer pervaporation membrane in the separation of a mixture of isopropanol: water with a water content of 10.15.20 wt. %, the selective layer of which is made of a polymeric polyurethane composition is presented in Table 1.

Figure 00000004
Figure 00000004

При сравнении показателей по примеру 1 и по прототипу при разделении бинарной смеси изопропанол:вода с содержанием воды 20% и температуре 30°С коэффициент разделения мембраны составляет 105 по сравнению с 4,6, удельная производительность, кг/м2ч составляет 0,704 против 0,081, индекс первапорационного разделения (PSI) мембраны составляет 73,2 против 0,37.When comparing the indicators according to example 1 and according to the prototype when separating a binary mixture of isopropanol: water with a water content of 20% and a temperature of 30 ° C, the separation factor of the membrane is 105 compared to 4.6, the specific productivity, kg / m 2 h is 0.704 versus 0.081 , the pervaporation separation index (PSI) of the membrane is 73.2 versus 0.37.

Как видно из представленных примеров конкретного выполнения Таблицы 1, эффективность разделения бинарной смеси изопропанол:вода с использованием заявленной ассиметричной полимерной первапорационной мембраны по сравнению с прототипом значительно превосходит по коэффициенту разделения мембраны, удельной производительности и индексу первапорационного разделения мембраны (PSI).As can be seen from the presented examples of specific execution of Table 1, the separation efficiency of a binary mixture of isopropanol: water using the claimed asymmetric polymeric pervaporation membrane in comparison with the prototype is significantly superior in terms of the membrane separation factor, specific productivity and the membrane pervaporation separation index (PSI).

Claims (2)

Асимметричная полимерная первапорационная мембрана, включающая последовательно селективный слой, нанопористый подслой и микропористую подложку, общей толщины 100-120 мкм, селективный слой выполнен из полимерной полиуретановой композиции, содержащей полиоксиэтиленгликоль с молекулярной массой 400, ароматический изоцианат и растворитель, отличающаяся тем, что в качестве ароматического изоцианата композиция содержит полиизоцианат на основе 4,4'-дифенилметандиизоцианата, в качестве растворителя содержит ацетон и дополнительно содержит орто-фосфорную кислоту и триэтаноламин, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:An asymmetric polymeric pervaporation membrane, including a sequentially selective layer, a nanoporous sublayer and a microporous substrate, with a total thickness of 100-120 μm, the selective layer is made of a polymeric polyurethane composition containing polyoxyethylene glycol with a molecular weight of 400, an aromatic isocyanate and a solvent, characterized in that the aromatic isocyanate composition contains a polyisocyanate based on 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, as a solvent contains acetone and additionally contains orthophosphoric acid and triethanolamine, in the following ratio of components, wt. h .: полиоксиэтиленгликольpolyoxyethylene glycol с молекулярной массой 400molecular weight 400 100100 полиизоцианат на основеpolyisocyanate based 4,4'-дифенилметандиизоцианата4,4'-diphenylmethane diisocyanate 100-110100-110 ацетонacetone 14-1814-18 орто-фосфорная кислотаorthophosphoric acid 10-1510-15 триэтаноламинtriethanolamine 6-86-8
RU2021100400A 2021-01-11 2021-01-11 Asymmetrical polymer pervaporation membrane RU2753406C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021100400A RU2753406C1 (en) 2021-01-11 2021-01-11 Asymmetrical polymer pervaporation membrane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021100400A RU2753406C1 (en) 2021-01-11 2021-01-11 Asymmetrical polymer pervaporation membrane

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2753406C1 true RU2753406C1 (en) 2021-08-16

Family

ID=77349315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021100400A RU2753406C1 (en) 2021-01-11 2021-01-11 Asymmetrical polymer pervaporation membrane

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2753406C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2129910C1 (en) * 1997-03-05 1999-05-10 Кононова Светлана Викторовна Method of manufacturing composite polymer pervaporation membranes
RU2492918C2 (en) * 2009-05-18 2013-09-20 Вито Н.В. Thin pervaporation membranes
WO2017196656A1 (en) * 2016-05-13 2017-11-16 3M Innovative Properties Company Multilayer articles including coatings on microfiltration membrane substrates and methods of making same
US20190030492A1 (en) * 2014-07-17 2019-01-31 The Research Foundation For The State University Of New York Porous graphene based composite membranes for nanofiltration, desalination, and pervaporation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2129910C1 (en) * 1997-03-05 1999-05-10 Кононова Светлана Викторовна Method of manufacturing composite polymer pervaporation membranes
RU2492918C2 (en) * 2009-05-18 2013-09-20 Вито Н.В. Thin pervaporation membranes
US20190030492A1 (en) * 2014-07-17 2019-01-31 The Research Foundation For The State University Of New York Porous graphene based composite membranes for nanofiltration, desalination, and pervaporation
WO2017196656A1 (en) * 2016-05-13 2017-11-16 3M Innovative Properties Company Multilayer articles including coatings on microfiltration membrane substrates and methods of making same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Swatilekha Das, Suparna Sarkar, Piyali Basak and Basudam Adhikari // Dehydration of alcohols by pervaporation using hydrophilic polyether urethane membranes / Journal of Scientific and Research, Vol. 67, pp. 219-227, 2008. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0312374B1 (en) Highly aromatic polyurea/urethane membranes and their use for separating aromatics from non-aromatics
KR101725575B1 (en) Composite silicone membranes with high separating action
EP0181772B1 (en) Method of making membranes for gas separation and the composite membranes
de Souza Araki et al. Solvent permeability in commercial ultrafiltration polymeric membranes and evaluation of the structural and chemical stability towards hexane
US5954966A (en) Membrane composition and method of preparation
US4962271A (en) Selective separation of multi-ring aromatic hydrocarbons from distillates by perstraction
EP0312377B1 (en) Method of preparing thin film composite membranes by suspension deposition, and use of such membranes
Kanagaraj et al. Separation of macromolecular proteins and removal of humic acid by cellulose acetate modified UF membranes
KR20030032652A (en) Silicone-added polyamide composite nanofiltration membrane organic separation, and method for preparing them
JPH0377634A (en) Isocyanurate-crosslinking polyurethane films and their use for separating aromatic compounds from non-aromatic compounds
Ghosh et al. Separation of furfural from aqueous solution by pervaporation using HTPB-based hydrophobic polyurethaneurea membranes
Giel et al. Polyaniline/polybenzimidazole blends: Characterisation of its physico-chemical properties and gas separation behaviour
KR20120120989A (en) Method for producing porous silicon molded bodies
US4879044A (en) Highly aromatic anisotropic polyurea/urethane membranes and their use for the separation of aromatics from non aromatics
Tsar’Kov et al. Nanofiltration of dye solutions through membranes based on poly (trimethylsilylpropyne)
EP0561916B1 (en) Membrane made from multiblock polymer
EP0312378B1 (en) Method of preparing a thin film composite membrane by deposition from a solution, and use of the membrane
US3653180A (en) Block copolymer membrane for separating polar contaminants from gaseous mixtures
CA1294093C (en) Polyphosphazene fluid separation membranes
Huang et al. Properties and pervaporation performances of crosslinked HTPB-based polyurethane membranes
RU2753406C1 (en) Asymmetrical polymer pervaporation membrane
US4828773A (en) Highly aromatic anisotropic polyurea/urethane membranes and their use for the separation of aromatics from non-aromatics
Bai et al. High performance polydimethylsiloxane pervaporative membranes with hyperbranched polysiloxane as a crosslinker for separation of n-butanol from water
DE3936997A1 (en) SEMIPERMEABLE MEMBRANE MADE OF POLYETHERKETONES
CA2103742C (en) Novel solid poly-amphiphilic polymer having use in a separation process