RU2140812C1 - Method of formation of asymmetric gas-separating and pervaporating membranes in form of hollow fibers - Google Patents
Method of formation of asymmetric gas-separating and pervaporating membranes in form of hollow fibers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2140812C1 RU2140812C1 RU97119017A RU97119017A RU2140812C1 RU 2140812 C1 RU2140812 C1 RU 2140812C1 RU 97119017 A RU97119017 A RU 97119017A RU 97119017 A RU97119017 A RU 97119017A RU 2140812 C1 RU2140812 C1 RU 2140812C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- precipitator
- precipitant
- membranes
- soft
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области формования мембран и может быть использовано для изготовления асимметричных мембран для разделения газов и жидкостей. The invention relates to the field of membrane formation and can be used for the manufacture of asymmetric membranes for the separation of gases and liquids.
Известны способы изготовления мембран в виде полых волокон из расплавов термопластичных полимеров [Scott J. Hollow fibres: Manufacture and Application. New Jersy. Noyes Data Corp. Park Ridge. 1981.]. Недостатками данного способа формования является то, что стенка полого волокна имеет гомогенную плотную структуру, а производительность такой мембраны определяется (обратно пропорционально) толщиной стенки волокна. Увеличение производительности мембраны достигается только за счет уменьшения толщины стенки полого волокна, что ограничено прочностными характеристиками последнего. Known methods for the manufacture of membranes in the form of hollow fibers from melts of thermoplastic polymers [Scott J. Hollow fibers: Manufacture and Application. New Jersy. Noyes Data Corp. Park ridge 1981.]. The disadvantages of this molding method is that the wall of the hollow fiber has a homogeneous dense structure, and the performance of such a membrane is determined (inversely) by the thickness of the fiber wall. An increase in membrane productivity is achieved only by reducing the wall thickness of the hollow fiber, which is limited by the strength characteristics of the latter.
Известен способ формования композитных мембран [Byrnes D. // Chem/ proc. 1980 V. 43, N1, p. 32-33.], когда на пористую подложку наносят тонкий слой другого полимера, который и обеспечивает разделение смеси, а пористый слой (подложка) ответственен только за транспорт вещества и механическую устойчивость (прочность) всей мембраны. Недостатком данного метода является многостадийность процесса изготовления: фактически операция изготовления осуществляется в два этапа - сначала приготовляется пористая мембрана, а затем - композитная. A known method of forming composite membranes [Byrnes D. // Chem / proc. 1980 V. 43, N1, p. 32-33.], When a thin layer of another polymer is applied to the porous substrate, which ensures separation of the mixture, and the porous layer (substrate) is responsible only for the transport of matter and the mechanical stability (strength) of the entire membrane. The disadvantage of this method is the multi-stage manufacturing process: in fact, the manufacturing operation is carried out in two stages - first a porous membrane is prepared, and then a composite one.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ изготовления асимметричной мембраны, согласно которому асимметричная структура мембраны формуется в одностадийном процессе по методу с использованием двойной осадительной ванны [van't Hoff J.A. Wet spinning of asymmetric hollow fibre membranes for gas separation. Ph.D.-Thesis. University of Twente. Enschede, the Netherlands. 1988. - прототип.] - фиг. 1. The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a method of manufacturing an asymmetric membrane, according to which the asymmetric structure of the membrane is molded in a one-step process according to the method using a double precipitation bath [van't Hoff J.A. Wet spinning of asymmetric hollow fiber membranes for gas separation. Ph.D.-Thesis. University of Twente. Enschede, the Netherlands. 1988. - prototype.] - FIG. 1.
Полимерный раствор 1 из контейнера 2, проходя через фильтр 3, выдавливается через фильеру 4 в первую наружную осадительную ванну 5, которая представляет собой воронку с тонкой трубкой. Первая осадительная ванна заполняется слабым осадителем 6, который вызывает фазовое разложение полимерного раствора по направлению от внешней поверхности мембранного волокна к внутренней по запаздывающему механизму, то есть волокно не отверждают немедленно во всей массе, а только вдоль поверхности контакта полимерного раствора и мягкого осадителя, где создается тонкий жидкий слой с повышенной концентрацией полимера. Далее волокно поступает во вторую внешнюю осадительную ванну 7 с жестким осадителем 8, где происходит фазовое разложение полимерного раствора по мгновенному механизму, то есть происходит его очень быстрое осаждение и отвержение, что приводит к фиксации сформировавшейся асимметричной структуры, то есть пористого слоя - подложки, со стороны внутренней поверхности полого волокна и плотного селективного слоя, со стороны наружной поверхности. Далее волокно посредством низкооборотного двигателя через ролик 9 подается в отмывочную ванну и далее - в сборник волокна (на схеме не показаны). Толщина селективного слоя мембраны, при прочих равных условиях, определяется временем пребывания волокна в среде первой осадительной ванны. The
Недостатками данного метода являются:
1. Трудность запуска установки, так как в первоначальный момент необходимо продеть полужидкое волокно в узкое горло воронки 5.The disadvantages of this method are:
1. The difficulty of starting the installation, since at the initial moment it is necessary to thread a semi-liquid fiber into the narrow neck of the
2. Необходимость поддержания в первой осадительной ванне определенного уровня жидкости, так как волокно не должно иметь контакта с воздухом до полного своего отверждения. 2. The need to maintain a certain liquid level in the first precipitation bath, since the fiber should not be in contact with air until it is completely cured.
3. В случае использования в первой осадительной ванне осадителя с большой вязкостью (например, глицерина) первый осадитель не отделяется от волокна непосредственно в момент соприкосновения со вторым осадителем, а двигается вместе с волокном вплоть до ролика 9, что приводит к значительному увеличению времени пребывания волокна в первом осадителе и, соответственно, к неоправданному увеличению толщины селективного слоя, что приводит к снижению производительности мембраны. 3. If a precipitator with a high viscosity (for example, glycerin) is used in the first precipitation bath, the first precipitant does not separate from the fiber immediately at the moment of contact with the second precipitator, but moves with the fiber up to
4. Трудность регулирования времени пребывания волокна в первой осадительной ванне, так как фактически волокно пребывает в жидкости первой осадительной ванны и после выхода из нее, что приводит к низкой воспроизводимости сепарационных свойств полученных мембран. 4. The difficulty of controlling the residence time of the fiber in the first precipitation bath, since in fact the fiber is in the liquid of the first precipitation bath and after leaving it, which leads to low reproducibility of the separation properties of the obtained membranes.
Задачей данного изобретения является улучшение качества изготавливаемых мембран, то есть производительности мембран без снижения селективности, а также увеличение стабильности этих качеств при упрощении эксплуатации установки формования. Указанная задача достигается тем, что в способе формования асимметричных газоразделительных и первапорационных мембран в виде полых волокон путем пропускания фильтрованных амидных растворов (в диметилформамиде, диметилацетамиде, N-метилпирролидоне) стеклообразных полимеров, преимущественно полисульфонов и полиэфирсульфонов, через фильеру вниз, заключающемся в осаждении его в мягком осадителе с получением волокна, удалении мягкого осадителя, осаждении волокна в жестком осадителе и его отмывке, операции формования волокна из раствора и его осаждение с помощью мягкого осадителя производят одновременно. При этом регулируют время от момента начала формования волокна с осаждением мягким осадителем до момента попадания волокна в жесткий осадитель путем изменения расстояния между фильерой и поверхностью жидкости жесткого осадителя и создания встречного (по отношению к движению волокна) турбулентного потока жесткого осадителя. The objective of the invention is to improve the quality of the manufactured membranes, that is, the performance of the membranes without reducing selectivity, as well as increasing the stability of these qualities while simplifying the operation of the molding plant. This problem is achieved by the fact that in the method of forming asymmetric gas separation and pervaporation membranes in the form of hollow fibers by passing filtered amide solutions (in dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone) of glassy polymers, mainly polysulfones and polyethersulfones, through the die plate, which consists in soft precipitator to obtain fiber, removal of soft precipitator, deposition of fiber in a hard precipitator and its washing, the operation of forming the fiber from the solution and precipitation using a precipitant soft performed simultaneously. In this case, the time is controlled from the moment the fiber is formed with the deposition of a soft precipitator until the fiber enters the hard precipitator by changing the distance between the die and the liquid surface of the hard precipitant and creating a counter (relative to the fiber motion) turbulent flow of the hard precipitant.
Схема установки приведена на фиг. 2. Конструктивное различие состоит в том, что первая наружная осадительная ванна с мягким осадителем размещается в самой фильере (позиция 4), поток первого наружного осадителя (позиция 7) вытекает из фильеры на воздух вместе с волокном (позиция 5), а время пребывания волокна в первой наружной осадительной ванне регулируют высотой промежутка между нижней поверхностью фильеры и поверхностью жидкости второй осадительной ванны (расстояние L на фиг. 2). The installation diagram is shown in FIG. 2. The structural difference is that the first external precipitation bath with a soft precipitator is located in the die itself (position 4), the flow of the first external precipitator (position 7) flows from the die into the air together with the fiber (position 5), and the residence time of the fiber in the first external precipitation bath, the height of the gap between the lower surface of the die and the liquid surface of the second precipitation bath is controlled (distance L in FIG. 2).
Для реализации данного способа предложена фильера, содержащая три канала для различных жидких потоков (фиг. 3): канал полимерного раствора 1, канал внутреннего осадителя 2, канал первого наружного осадителя 3. Струя первого наружного осадителя, двигаясь вниз вместе с волокном, постепенно теряет свою сплошность. При соприкосновении с поверхностью жидкости второй наружной коагуляционной ванны, поток наружного осадителя диспергируется и отделяется от мембраны. Для облегчения отделения наружного осадителя предусмотрено устройство (позиция 9 на фиг. 2), создающее встречный (по отношению к направлению движения волокна) турбулентный поток в месте соприкосновения волокна с жидкостью второй осадительной ванны. Вода из емкости 8 (фиг. 2) под давлением подается в устройство 9, представляющее собой капилляр с сужающимся выходным отверстием. To implement this method, a die is proposed containing three channels for different liquid flows (Fig. 3): a channel of a
Сказанное иллюстрируется следующими примерами. The foregoing is illustrated by the following examples.
Пример 1. Производится формование мембраны из 35%-ного раствора полисульфона марки Р-3500 (Union Carbide) в 1-метил-2-пирролидоне на фильере с внешним диаметром выходного отверстия 0,6 мм и диаметром иглы 0,3 мм. Формование осуществляется двумя способами - по способу прототипа, то есть с отдельной первой наружной коагуляционной ванной, и по способу, где эта ванна смонтирована в фильере, то есть по заявляемому. Все прочие параметры одинаковые. Параметры формования:
Температура полимерного раствора - 339 К;
Состав первой осадительной ванны - глицерин;
Температура первой осадительной ванны - 294 К;
Состав внутреннего осадителя - деминерализованная вода;
Температура внутреннего осадителя - 294 К;
Состав второй осадительной ванны - деминерализованная вода;
Температура второй осадительной ванны - 294 К;
Скорость формования волокна - 5 м/мин.Example 1. The membrane is formed from a 35% solution of polysulfone grade P-3500 (Union Carbide) in 1-methyl-2-pyrrolidone on a die with an external outlet diameter of 0.6 mm and a needle diameter of 0.3 mm. Molding is carried out in two ways - by the prototype method, that is, with a separate first external coagulation bath, and by the method where this bath is mounted in a die, that is, according to the claimed. All other parameters are the same. Molding Options:
The temperature of the polymer solution is 339 K;
The composition of the first precipitation bath is glycerin;
The temperature of the first precipitation bath is 294 K;
The composition of the internal precipitant is demineralized water;
The temperature of the internal precipitant is 294 K;
The composition of the second precipitation bath is demineralized water;
The temperature of the second precipitation bath is 294 K;
The spinning speed of the fiber is 5 m / min.
Полученные полые волокна испытываются на проницаемость в системе метан - диоксид углерода. Для мембран каждой серии изготавливали 10 модулей, которые испытывали на газовую проницаемость. Концентрация смеси 75:25 соответственно, давление смеси над мембраной 0,6 МПа. За селективность принималось отношение относительных концентраций компонентов по разные стороны мембраны. Проницаемость определялась для быстро проникающего компонента - диоксида углерода. Результаты испытания представлены в таблице. The resulting hollow fibers are tested for permeability in the methane - carbon dioxide system. For the membranes of each series, 10 modules were produced that were tested for gas permeability. The concentration of the mixture is 75:25, respectively, the pressure of the mixture above the membrane is 0.6 MPa. For the selectivity was taken the ratio of the relative concentrations of the components on opposite sides of the membrane. Permeability was determined for a rapidly penetrating component - carbon dioxide. The test results are presented in the table.
Как видно из приведенных результатов, мембраны, изготавливаемые по заявляемому методу, обладают более высокими суммарными показателями селективности и производительности, большей средней производительностью при одной и, той же селективности, а также лучшей воспроизводимостью сепарационных свойств. As can be seen from the above results, membranes manufactured by the claimed method have higher total selectivity and productivity, greater average productivity at the same selectivity, as well as better reproducibility of separation properties.
Осуществление заявляемого метода формования мембран в виде полого волокна позволяет легко изменять такой важный параметр формования, как время пребывания волокна в первой наружной осадительной ванне. Это расстояние регулируют высотой промежутка между нижней поверхностью фильеры и поверхностью жидкости второй осадительной ванны (расстояние L на фиг. 2). Данный параметр может меняться в значительном интервале и может быть легко изменен в ходе формования волокна без остановки процесса. В методе - прототипе время пребывания волокна в первой наружной ванне определяется длиной воронки, через которую пропускается волокно в начале процесса формования. Так как в начале процесса формования необходимо протянуть полужидкое волокно через воронку, то длина воронки ограничена возможностью осуществления этой процедуры. Таким образом время пребывания волокна в первой наружной ванне ограничено. Кроме того, изменение времени пребывания в ходе формования требует остановки процесса для замены воронки. The implementation of the inventive method of forming membranes in the form of a hollow fiber allows you to easily change such an important molding parameter as the residence time of the fiber in the first external precipitation bath. This distance is controlled by the height of the gap between the lower surface of the die and the liquid surface of the second precipitation bath (distance L in Fig. 2). This parameter can vary over a wide range and can be easily changed during the spinning process without stopping the process. In the prototype method, the residence time of the fiber in the first outer bath is determined by the length of the funnel through which the fiber is passed at the beginning of the molding process. Since at the beginning of the molding process it is necessary to stretch the semi-liquid fiber through the funnel, the length of the funnel is limited by the possibility of this procedure. Thus, the residence time of the fiber in the first outer bath is limited. In addition, changing the residence time during molding requires stopping the process to replace the funnel.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97119017A RU2140812C1 (en) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Method of formation of asymmetric gas-separating and pervaporating membranes in form of hollow fibers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97119017A RU2140812C1 (en) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Method of formation of asymmetric gas-separating and pervaporating membranes in form of hollow fibers |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97119017A RU97119017A (en) | 1999-08-27 |
RU2140812C1 true RU2140812C1 (en) | 1999-11-10 |
Family
ID=20199067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97119017A RU2140812C1 (en) | 1997-11-04 | 1997-11-04 | Method of formation of asymmetric gas-separating and pervaporating membranes in form of hollow fibers |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2140812C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2808876C1 (en) * | 2022-12-19 | 2023-12-05 | Общество с ограниченной ответственностью "ХЕЛИКС ТЕХНОЛОДЖИС" | Method for producing a polysulfone membrane for filtration of aqueous media |
-
1997
- 1997-11-04 RU RU97119017A patent/RU2140812C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Van't Hoff J.A. Wetspinning of asymmetric Hollow Fibre membranes for gas separation. Ph-D-thesis Universify of Twente. Enschecfe The Netherlands 1988, p.67-88. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2808876C1 (en) * | 2022-12-19 | 2023-12-05 | Общество с ограниченной ответственностью "ХЕЛИКС ТЕХНОЛОДЖИС" | Method for producing a polysulfone membrane for filtration of aqueous media |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5181940A (en) | Hollow fiber membranes | |
US6805730B2 (en) | Convoluted surface hollow fiber membranes | |
US4401567A (en) | Microporous polyethylene hollow fibers | |
US7413804B2 (en) | Braid-reinforced hollow fiber membrane | |
CA2004633A1 (en) | Defect-free ultrahigh flux asymmetric membranes | |
US20030141238A1 (en) | Spiraled surface hollow fiber membranes | |
US4530809A (en) | Process for making microporous polyethylene hollow fibers | |
US6802972B1 (en) | Microporous hollow fiber membranes from perfluorinated thermoplastic polymers | |
Puri | Fabrication of hollow fibre gas separation membranes | |
JPS6219205A (en) | Preparation of ultrafilter membrane | |
EP1144097B1 (en) | Process for the production of microporous hollow fiber membranes from perfluorinated thermoplastic polymers | |
RU2140812C1 (en) | Method of formation of asymmetric gas-separating and pervaporating membranes in form of hollow fibers | |
Miao et al. | Production of polyethersulfone hollow fiber ultrafiltration membranes. I. Effects of water (internal coagulant) flow rate (WFR) and length of air gap (LAG) | |
JPH078549B2 (en) | Polyvinylidene fluoride-based resin porous membrane and method for producing the same | |
CA1184716A (en) | Plasma phoresis membrane | |
US5505859A (en) | Hollow fiber for dialysis and process of manufacturing | |
JPS63296939A (en) | Polyvinylidene fluoride resin porous film and its manufacture | |
CA2258122A1 (en) | Method for producing cellulosed formed parts | |
RU2676991C1 (en) | Hollow fiber membrane | |
JPS6375116A (en) | Production of conjugated hollow yarn membrane | |
KR100444127B1 (en) | Manufacturing method of separation film of polyolefine type hollow yarn having excellent tensile strength and elasticity | |
AU6420190A (en) | Membrane fabrication | |
KAIYU | Fabrication and characterization of the ultrafiltration and nanofiltration membranes | |
JPH026829A (en) | Production of hollow fiber membrane | |
KR19980030357A (en) | Hollow fiber membrane and its manufacturing method |