Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

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 PDF

Info

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
Application number
RU97119017A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97119017A (en
Inventor
А.В. Варежкин
С.В. Артемов
А.А. Лысов
Original Assignee
Варежкин Александр Владимирович
Артемов Сергей Васильевич
Лысов Андрей Александрович
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 Варежкин Александр Владимирович, Артемов Сергей Васильевич, Лысов Андрей Александрович filed Critical Варежкин Александр Владимирович
Priority to RU97119017A priority Critical patent/RU2140812C1/en
Publication of RU97119017A publication Critical patent/RU97119017A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2140812C1 publication Critical patent/RU2140812C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

FIELD: methods of production of asymmetric gas-separating and pervaporating membranes suitable for separation of mixtures containing acid components; applicable in gas, oil and chemical industries, and for cleaning of effluents to atmospheres. SUBSTANCE: method includes formation of solution of polysulfone or polyestersulfone in dimethylacetamide or N-methylpyrrolidone through spinneret accommodating mild precipitant. Time of fiber staying in precipitant is regulated by varying distance between spinneret and surface of hard precipitant in which fiber enters after precipitating in mild solvent. Mild solvent is removed by creation of opposite turbulent flow of hard precipitant. EFFECT: increased productivity of membranes without impairing their selectivity. 2 cl, 3 dwg, 1 tbl

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 polymer solution 1 from the container 2, passing through the filter 3, is squeezed through the die 4 into the first external precipitation bath 5, which is a funnel with a thin tube. The first precipitation bath is filled with a weak precipitator 6, which causes phase decomposition of the polymer solution in the direction from the outer surface of the membrane fiber to the inner one by a retarded mechanism, that is, the fiber is not cured immediately in the entire mass, but only along the contact surface of the polymer solution and the soft precipitator, where a thin liquid layer with an increased concentration of polymer. Next, the fiber enters the second external precipitation bath 7 with a hard precipitant 8, where the polymer solution decomposes by the instantaneous mechanism, that is, it precipitates very quickly and rejects, which leads to the fixation of the formed asymmetric structure, i.e. a porous layer - substrate, with side of the inner surface of the hollow fiber and a dense selective layer, on the side of the outer surface. Next, the fiber through a low-speed engine through the roller 9 is fed into the washing bath and then into the fiber collector (not shown in the diagram). The thickness of the selective membrane layer, ceteris paribus, is determined by the residence time of the fiber in the medium of the first precipitation bath.

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 funnel 5.

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 roller 9, which leads to a significant increase in the residence time of the fiber in the first precipitant and, accordingly, to an unjustified increase in the thickness of the selective layer, which leads to a decrease in membrane performance.

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 polymer solution 1, a channel of an internal precipitator 2, a channel of the first external precipitator 3. The jet of the first external precipitator, moving down with the fiber, gradually loses its continuity. In contact with the surface of the liquid of the second external coagulation bath, the flow of the external precipitant is dispersed and separated from the membrane. To facilitate the separation of the external precipitant, a device is provided (position 9 in Fig. 2), which generates a counter (relative to the direction of fiber movement) turbulent flow at the point of contact of the fiber with the liquid of the second precipitation bath. Water from the tank 8 (Fig. 2) under pressure is supplied to the device 9, which is a capillary with a tapering outlet.

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)

Способ формования асимметричных газоразделительных и первапорационных мембран в виде полых волокон, включающий пропускание фильтрованного раствора полисульфона или полиэфирсульфона в диметилацетамиде или N-метилпирролидоне вниз через фильеру, осаждение его в мягком осадителе с получением волокна, удаление мягкого осадителя, осаждение волокна в жестком осадителе и отмывку, отличающийся тем, что мягкий осадитель размещают в фильере, осаждение раствора в мягком осадителе производят при их одновременном вытекании из фильеры, регулируя время пребывания полученного волокна в мягком осадителе изменением расстояния между фильерой и поверхностью жидкости жесткого осадителя, а удаление мягкого осадителя осуществляют созданием встречного по отношению к движению волокна турбулентного потока жесткого осадителя. A method of forming asymmetric gas separation and pervaporation membranes in the form of hollow fibers, comprising passing a filtered solution of polysulfone or polyethersulfone in dimethylacetamide or N-methylpyrrolidone down through a die, depositing it in a soft precipitator to obtain a fiber, removing a soft precipitator, settling the fiber in a hard precipitant, and characterized in that the soft precipitant is placed in the die, the solution is precipitated in the soft precipitator while they flow out of the die, regulating the residence time of the obtained fiber in a soft precipitator by changing the distance between the die and the liquid surface of the hard precipitator, and the removal of the soft precipitator is carried out by creating a turbulent flow of a hard precipitator counter to the motion of the fiber.
RU97119017A 1997-11-04 1997-11-04 Method of formation of asymmetric gas-separating and pervaporating membranes in form of hollow fibers RU2140812C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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