Способ получения полимерных мембран

Способ получения полимерных мембран

Реферат

 

Изобретение относится к способам получения полимерных мембран, применяемых в процессах разделения, очистки и концентрирования веществ. Мембраны получают на основе гидрофильных полимеров путем нанесения предварительно нагретого до 30-40°С раствора полимера на формующую поверхность, выдержки при этой температуре в течение 60 - 120 мин во влаговоздушной среде, содержащей 80 - 95% влаги, коагуляции в осадитель при температуре 40 - 60°С. Полученные мембраны обладают высокой селективностью и проницаемостью. 1 табл.

Изобретение относится к способам формования полимерных мембран на основе гидрофильных полимеров, применяемых в процессах разделения, очистки и концентрирования веществ методами обратного осмоса и ультрафильтрации.

Основные требования, предъявляемые к таким мембранам - высокие селективность и проницаемость, способность проявлять эти свойства при высоких температурах и в агрессивных средах, а также иметь минимальное время выхода на режим и высокую механическую прочность структуры активного слоя и мембраны в целом, а также стабильность при эксплуатации.

Известен способ получения полупроницаемых полимерных мембран, заключающийся в нанесении раствора гетероциклического поли-1,3,4-полиоксадиазола в N-метилпирролидоне на формующую поверхность, выдержке его на воздухе в течение 60-200 мин при температуре 14-26^оС, последующей коагуляции в осадитель при температуре 14-19^оС. При этом растворитель выделяется из нижних слоев поливочного раствора на его поверхность, в результате чего в слое, контактирующем с подложкой, формуется обратноосмотический активный слой.

Такие мембраны имеют достаточную термостойкость (70^оС), химстойкость в растворах кислот и щелочей, селективность 98% по NaCl и начальную проницаемость 500-700 л/м² в сутки. Обратноосмотический активный слой этих мембран недостаточно стабилен в процессах обратного осмоса и при приложении давления проницаемость их быстро падает от 700 до 300 л/м² сут. Кроме того, выход на режим этих мембран составляет не менее 8-10 ч. Полученные этим методом мембраны не могут использоваться в процессах ультрафильтрации.

Целью изобретения является расширение ассортимента получаемых этим способом мембран от обратноосмотических до ультрафильтрационных, повышение их механической прочности, увеличение селективности и проницаемости по низкомолекулярным химическим соединениям, а также стабильность в работе и сокращение времени выхода мембран на рабочий режим.

Сущность изобретения состоит в том, что раствор гидрофильного полимера перед нанесением на формующую поверхность нагревают до 30-40^оС, выдерживают при той же температуре во влаговоздушной среде, содержащей 80-95% влаги, в течение 60-120 мин коагулируют в осадитель при температуре 40-60^оС.

В качестве гидрофильных полимеров используют, например поли-1,3,4-оксадиазол, полибензимидазол. Заявляемый способ отличается от известного тем, что раствор полимера перед нанесением на формующую поверхность нагревают до 30-40^оС, выдержку проводят при той же температуре во влаговоздушной среде, содержащей 80-95% влаги, а коагуляцию осуществляют при 40-60^оС.

П р и м е р 1. 20 мас.%-ный раствор поли-1,3,4-оксадиазола с удельной влажностью 0,7 общей формулы в N-метилпирролидоне с температурой раствора 35^оС наносят на формующую поверхность, выдерживают 120 мин во влаговоздушной среде, содержащей 80% влаги при температуре 35^оС и затем коагулируют в воду при температуре 60^оС. Свойства полученных мембран представлены в таблице.

П р и м е р 2. Получение мембраны аналогично примеру 1, при температуре раствора полимера 30^оС, выдержке во влаговоздушной среде с содержанием влаги 90% при температуре 30^оС в течение 100 мин. коагуляции при 40^оС. Свойства полученных мембран представлены в таблице.

П р и м е р 3. Получение мембраны аналогично примеру 1, при температуре раствора полимера 40^оС, выдержке по влаговоздушной среде с содержанием влаги 95% при температуре 40^оС в течение 60 мин коагуляции при 55^оС. Свойства полученных мембран представлены в таблице.

П р и м е р 4. Получение мембран аналогично примеру 1, с использованием в качестве полимера раствора полибензимида- зола в N-метилпирролидоне. Температура раствора полимера 35^оС, выдержка во влаговоздушной среде с содержанием влаги 80% при температуре 35^оС в течение 120 мин, коагуляция при 60^оС. Свойства полученных мембран представлены в таблице.

П р и м е р ы 5-10. Получение мембран аналогично примеру 1, при параметрах способа, выходящих за заявленные пределы. Свойства полученных мембран представлены в таблице.

П р и м е р 11 (по прототипу). 20%-ный раствор поли-1,3,4-полиоксадиазола в N-метилпирролидоне наносят на формующую поверхность, выдерживают на воздухе при температуре 20^оС в течение 150 мин и коагулируют в воду при температуре 15^оС. Свойства полученных мембран представлены в таблице.

Из таблицы видно, что мембраны, полученные по предлагаемому способу формования (примеры 1-4), обладают более высокой селективностью и задерживают низкомолекулярные химические соединения более чем на 99% (против 98,0% по прототипу). Проницаемость после выхода на режим составляет от 580 до 710 л/м²сут против 350 по прототипу. Кроме того, предложенный способ позволяет сократить время выхода мембраны на режим почти в 4 раза и увеличить механическую прочность их не менее чем на 25%. Из примеров 5-10 следует, что при параметрах процесса формования мембран, выходящих за заявленные пределы, характеристики мембран ухудшаются и не удовлетворяют поставленным требованиям.

Указанные преимущества мембран, полученных по предлагаемому способу, дают возможность существенно увеличить срок службы и стабильность работы при их эксплуатации как в процессах обратного осмоса, так и в процессах ультрафильтрации. В то время как мембраны, полученные по прототипу, можно использовать только в процессах обратного осмоса.

До сих пор коагуляцию поливочных растворов проводили в осадитель при низких температурах (5-15^оС) и чем ниже была температура осадительной ванны, тем качество мембран было выше. При применении заявленного способа, наоборот, с увеличением температуры осадительной ванны характеристики получаемых мембран улучшаются.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАН на основе гидрофильных полимеров нанесением раствора полимера на формующую поверхность, выдержки в течение 60 - 120 мин и коагуляции в осадитель, отличающийся тем, что раствор полимера перед нанесением на формующую поверхность нагревают до 30 - 40^oС, выдержку проводят при той же температуре во влаговоздушной среде, содержащей 80 - 95% влаги, а коагуляцию осуществляют при 40 - 60^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3