Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
111.3.4. Термическое осаждение [7]
Раствор полимера в смеси или индивидуальном растворителе охлаждается до тех пор, пока не происходит фазовое разделение. Испарение растворителя часто позволяет сформовать асимметричную мембрану. Этот метод часто используется для приготовления микро-фильтрационных мембран, что обсуждается далее.
111.3.5. Осаждение путем погружения [1, 8 — 11]
Большинство мембран, производимых в промышленности, приготовлено осаждением путем погружения: раствор полимера (полимер плюс растворитель) отливается на соответствующий суппорт и погружается в коагуляционную ванну, содержащую нерастворитель. Осаждение происходит благодаря обмену растворителя и нерастворителя. Структура мембраны, полученной при этом, является результатом комбинации массопереноса и фазового разделения.
Как будет описано в разд. III-6, все процессы инверсии фаз базируются на одних и тех же термодинамических принципах.
III.4. Метод получения мембран осаждением путем погружения
Большинство мембран, используемых сегодня, — это мембраны, полученные с помощью инверсии фаз, а именно осаждением путем погружения. Эти мембраны могут быть приготовлены из большого числа различных полимеров. Требование к этим полимерам должно быть единственным — растворимость в том или ином индивидуальном растворителе или в смеси растворителей. В общем случае выбор полимера не ограничен методикой приготовления.
Различные методики приготовления описаны здесь очень схематично, чтобы можно было понять их особенности. Предварительная и последующая обработка не будет обсуждаться, поскольку она очень специфична и зависит от используемого полимера и типа применения. В основном мембраны могут быть приготовлены в двух видах: плоские и трубчатые.
III.4.1. Плоские мембраны
Плоские мембраны используются в плоскорамных и рулонных (спиральных) системах, в то время как трубчатые мембраны используются в полых волокнах, капиллярных и трубчатых системах. Конструкции этих модулей описаны более детально в гл. VIII. Для обоих видов модулей (плоскорамные и спиральные) могут быть использованы одинаковые виды плоских мембран.
Приготовление плоских мембран в полупромышленном или промышленном масштабе показано на рис. III-5.
Метод приготовления состоит в следующем. Полимер растворяется в соответствующем растворителе или смеси растворителей (в которую могут быть введены добавки). Вязкость раствора зависит от
Раствор
полимера
Нож, регулирующий ^толщину мембраны
Подложка
(нетканый
материал)
Мембрана,полученная с помощью инверсии фаз
На дальнейшую обработку
Коагуляционная
ванна
молекулярной массы полимера, его концентрации, вида применяемого растворителя (смеси) и наличия различных добавок.
На рис. III-5 раствор полимера (часто называемый поливочным раствором) наливается прямо на слой суппорта, например нетканый полиэфирный материал, причем толщина слоя контролируется поливочным ножом. Толщина отлитого слоя может меняться примерно от 50 до 500 мкм. Отлитая пленка затем погружается в ванну с нерастворителем, где происходит обмен между растворителем и не-растворителем и, в конечном итоге, происходит осаждение полимера. В качестве нерастворителя часто используется вода, но также могут быть использованы и другие нерастворители. Выбор пары раствори-тель/нерастворитель очень важен.
Другие параметры приготовления — концентрация полимера, время испарения, влажность, температура и состав поливочного раствора (добавки и т. д.) — влияют в основном на конечные характеристики мембраны (поток и селективность) и, следовательно, на ее применение *. Соотношение между этими параметрами и структурой мембраны более детально описано в разд. III-6. Мембраны, полученные после осаждения, могут использоваться непосредственно или после соответствующей обработки (например, тепловой).
Некомпозиционные плоские мембраны могут быть получены с помощью полива полимерного раствора на металлические или полимерные ленты. После коагуляции (и тщательной отмывки!) листовые мембраны могут быть сняты с суппорта.
Поскольку плоские мебраны относительно просты в приготовлении, они часто используются для тестирования в лабораторных условиях. Для мембран с небольшой площадью поверхности (менее 1000 см2) мембраны поливаются в большинстве случаев вручную или полуавтоматически не на нетканый материал, а часто на стеклянную пластину. Могут быть использованы также другие материалы, такие, как металлы, полимеры (например, политетрафторэтилен, полиметилметакрилат)**. Процедура может быть аналогичной той, которая представлена на рис*Ш-5.
*В работе [4*] было показано, как, варьируя состав поливочного раствора, можно влиять на толщину селективного слоя асимметричной газоразделительной мембраны. — Прим. ред.
"""Очень удобная методика отливки небольших гомогенных мембран для лабораторных исследований предложена и много лет используется в Институте нефтехимического синтеза РАН. На полые металлические цилиндры во влажном состоянии натягивается целлофан, фиксируемый резиновыми кольцами. После высыхания образуется стаканчик с плоским донышком. Он устанавливается на горизонтальную поверхность, после чего в него помещается поливочный раствор. После испарения органического растворителя и образования твердой пленки целлофан увлажняется и легко снимается, оставляя свободную полимерную пленку. — Прим. ред.
