DE1767759A1

DE1767759A1 - Verfahren zur Herstellung semipermeabler Membranen

Info

Publication number: DE1767759A1
Application number: DE19681767759
Authority: DE
Inventors: G Hamer Edward A
Original assignee: American Standard Inc
Current assignee: Trane US Inc
Priority date: 1968-06-05
Filing date: 1968-06-14
Publication date: 1971-04-29
Also published as: BE718742A; GB1227961A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf osmotische oder semipermeable Membranen und befaßt sieh vor allem mit rohrförmigen Membranen dieser Art, die sich insbesondere in Entsalzungsvorriohtungen und dergleichen verwenden lassen« sowie mit einem Verfahren zur Herstellung derartiger rohrförmiger Membranen.

Osmotisohe oder semipermeable Membranen werden in einer Vielfalt von Anwendungsfällen, und zwar dort eingesetzt, wo eine Trennung zwisohen einen Lösungsmittel und eine» in diesem gelösten Stoff vorgenommen werden soll. Eine solohe Anwendungsmögliohkeit, die gegenwärtig von großem Interesse ist. ist die Entsalzung von Meerwasser

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lte DipJ.-lng. Martin Licht, DipJ.-Wirtich.-lne. AmI Hanimann, Dlpl.-Phy», Sebastian Herrmann • MONCHIN 1, THIIIfIiNITIAIIIIiI · Τ·Μμι»12« ■ J^mwi Upttl/Mliidi» . VbrtiMfc·»* AMmIm, Zm^H. Other-von-Mittw-Kiif, K«*.-Nr. mm - IO«tMiwdt-K«ttoi MlMhtn Nr. \tttV

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und Brackwasser.

Gemäß den herkömmlichen Techniken werden derartige Membranen als flache Scheiben, Tafeln oder Platten hergestellt und werden in Vorrichtungen benutzt, in denen die osmotische Membran von einem flachen, porösen Bauelement abgestützt wird und das Seewasser oder Salzwasser mit der der Abstützung abgewandten Membranseite in Berührung gebracht wird.Wenn der auf der Salzwasserseite der Membran einwirkende Druck größer ist als der osmotische Druck der Salzwasserlösung, so findet eine "umkehrte Osmose" statt, d.h., das Wasser strömt von der Salzwasserlösung durch die Membran und den porösen Stützkörper hindurch zu einem Sammler, wobei die gelösten Salze in der Salzsole zurückbleiben, die sich demzufolge immer mehr aufkonzentriert.

Die umgekehrte Osmose als Technik zur Reinigung salziger Wässer und anderer Lösungen ist seit Jahren bekannt, wurde jedoch in vielen praktischen Anwendungsfällen nicht wirkungsvoll benutzt, da die bis jetzt zur Verfügung gestelltenoemotisohen Membranen nicht in der Lage gewesen sind, eine ausreichende starke Strömung gereinigten Wassers zu übertragen, es sei denn, sie wurden sehr hohen Drücken ausgesetzt. Neuerdings sind erheblich verbesserte Membranen erhältlioh.

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Gerade bei solchen verbesserten Membranen jedoch hat sich die Schwierigkeit ergeben, eine wirtschaftliche verwertbare Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser oder Brackwasser zu schaffen. Eine hauptsächliche Schwierigkeit, die bei der Konstruktion derartiger Vorrichtungen auftritt, besteht in der Notwendigkeit, recht erhebliche Arbeitsdrücke aufrechtzuerhalten. Dies wird leicht verständlieh, wenn man sieh überlegt, daß der osmotische Druck von Meer- . wasser (annähernd 3» 5 ^l/o NaCl) bei etwa 2k kp/cm liegt. Somit findet jede Strömung durch die Membran in der zu der gewünschten entgegengesetzten Richtung statt, bis der auf der Salzwasserseite der Membran herrschende Druck um 2k kp/cm größer ist als der auf der Fri schwas se rs eifce auftretende Druck. Selbst wenn der Druck auf der Salzwasserseite 24 kp/cm übersteigt, ist die Antriebskraft für den Durchgang des entsalzten Wassers nicht größer als der

Wert, um den das Druclcmaß von 2k kp/cm überschritten wird. Wenn gereinigtes Wasser in einer annehmbaren Menge erzeugt werden soll, muß daher die wirksame Antriebskraft durch Verwendung erheblich höherer Drücke gesteigert werden, so daß Arbeitsdrücke von etwa 105 kp/cm benutzt werden.

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Zur Aufrechterhalten dieser hohen Arbeitsdrücke hat es sich als notwendig erwiesen, die Salzwasserlösung in druckfeste Kammern mit sorgfältig bearbeiteten Dichtungen einzuschließen, um dadurch zu verhindern, daß Salzwasser in die Sammelkanäle für gereinigtes Wasser entweicht. Eine oder mehrere Wände jeder Kammer bestehen zumindest teilweise aus einer osmotischen Membran, die auf einem porösen Stützkörper aufliegt. Die osmotische Membran ist gewöhnlich eine dünne Folie mit einer Dicke von nur wenigen Tausendstel Millimetern, die viel zu schwach ist, um den großen Kräften zu widerstehen, die von der unter den oben genannten hohen Drücken stehenden Salzwasserlösung ausgehen. Deshalb müssen die porösen Stützkörper ausreichend stabil sein oder zusätzlich verstärkt werden, damit sie diese Kräfte aushalten. In gleicher Weise müssen die Konstruktionselemente, die die anderen Wände der Salzwasserkammern bilden, druckfest sein. Diese Erfordernisse gewinnen mit zunehmender Baugröße der Einrichtung immer mehr an Bedeutung, so daß die Konstruktion handelsüblicher Einrichtungen sich in steigendem Maße kompliziert und deshalb verteuert.

Eine Möglichkeit für eine einfachere Konstruktion von Druckbehältern bietet sich dann, wenn für die Behälter Formen gewählt werden, die von Hause aus aufgrund der Art und Weise, wie sie Spannungen verteilen, fest und stabil sind.

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Eine derartige Form ist einzyLindrisches Rohr. Die Verwendung rohrförmiger Konstruktionen für Umkehrosmose-Trennkammern wurde jedoch bis heute noch nicht vorgeschlagen. Ein solcher Vorschlag hätte sich tatsächlich auch wegen des Fehlens einer geeigneten Membran nicht verwirklichen lassen. Es hat sich herausgestellt, daß zylindrische Membranen, die mit Verfahren hergestellt werden, welche ähnlich den zur Erzeugung der üblichen flachen Membranen benutzten sind, einen Verlust an Selektivität, d.h., also der Fähigkeit einer Membran, Lösungsmittel (Wasser) gegenüber dem gelösten Stoff (Salz) bevorzugt durchzulassen, aufweisen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, verbesserte osmotische Membranen zu schaffen, die zylindrisch geformt sinJ und eine hohe Selektivität in Verbindung mit hoher Permeabilität für reines Wasser besitzen.

Die Erfindung hat sich des weiteren zum Ziel gesetzt, eine frisch geformte osmotische Membran zu erzeugen und diese teilweise dadurch zu trocknen, daß sie der Luft ausgesetzt wird. Diese teilweise getrocknete Membran soll dann eine bestimmte Zeitspanne in kaltes Wasser eingetaucht werden. Ihr soll dann eine rohrförmige Gestelt verliehen werden, die aufrechterhalten wird, während die Membran durch Eintauchen in heißes Wasser eine bestimmte Zeitspanne vergütet wird.

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Eine besonders vorteilhafte osmotisehe Membran in der Form eines hohen Rohres, das im wesentlichen aus Zelluloseacetat besteht, soll geschaffen werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Au sfiih rungs form wird durch den Erfindungsgegenstand ein Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen osmotischen Membran offenbart, das aus den folgenden Verfahrensschritten besteht: Erzeugung einer frischgegossenen Haut aus im wesentlichen Zelluloseacetat, Teiltrocknung der Haut, Durchweichung der Haut im kalten Wasser, Formung der Haut zu einem rohrförmigen Körper und darauffolgendes Vergüten der Haut durch Eintauchen in heißes Wasser, während die Rohrform aufrechterhalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf jede Art osmotisehe Haut, Folie oder osmotischen Films anwenden, die als eine selbsttragende Haut gießbar und danach in einer gewünschten Form durch Durchtränkung mit heißem Wasser vergütbar ist. Häute, die im wesentlichen aus Zelluloseacetat bestehen, werden jedoch bevorzugt,und der Erfindungsgegenstand wird hauptsächlich unter Bezugnahme auf derartige Häute beschrieben. Insbesondere sind friaohgegossene Filme aus Lösungen, die Zelluloseacetat, Magnesiumperdlorat, Wasser und Aceton enthalten, ausgealchnte Ausgangematerialien für das erfindungsgemäße Verfahren. Solche Häute lassen sich beispielsweise dadurch herstellen, daß eine in Gewichtsprozenten

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22 % Zelluloseacetat, 1 % Magnesiumperchlorat, iO % Wasser und 67 % Aceton enthaltende Lösung mit Hilfe eines Abziehmessers auf eine Dicke von 0,25 mm gestreckt wird. Sowohll die Vorrichtung als auch die Lösung werden auf eine Temperatur zwischen -15 und +5°C abkühlt, bevor der Gießvorgang beginnt.

Nach dein Gießvorgang wird die Haut auf der Glasplatte oder einer anderen Oberfläche, auf der sie vergossen worden ist, kühlgehalten und über eine Zeitspanne zwischen 10 Sekunden und 5 Minuten teilweise luftgetrocknet und dann in kaltes Wasser eingetaucht, beispielsweise bei 1 - 5 C. Daraufhin wird die Haut in warmes Wasser eingetaucht, das eine Temperatur zwischen 60 und 85 C aufweist und schließlich abgekühlt.

Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weicht in einigen Punkten von der soeben beschriebenen ab. Auch die bevorzugte Gießverbindung ist etwas von der oben beschriebenen verschieden, wie dies im folgenden genauer erläutert wird. Auch wird nach der teilweisen Luftrocknung und dem darauffolgenden Eintauchen in kaltes Wasser ein zusätzlicher Schritt zwischengeschaltet, der darin besteht, daß die Haut von der Gießplatte entfernt und zu einem Rohr verformt wird.

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Der Einrollvorgang geschieht vorzugsweise dadurch) daß die Haut um einen Dorn geeigneten Durchmessers gewickelt wird, der mit dem Durchmesser vergleichbar ist, den die fertige rohrförmige Membran aufweisen soll. Nachdem die eingerollte Haut dann vergütet worden ist, wird ein ausreichend breites Stück von dem Dorn abgewickelt und längs zu seiner Länge aufgeschlitzt, so daß die entgegengesetzten Ränder des entfernten Streifens einander überlappen, wenn sie auf den gewünschten Durchmesser eingerollt sind.

Das Verfahren zeigt gewisse Unterschiede, je nach dem, ob die Membran als Auskleidung in einem porösen Stützrohr, durch das die Sole zirkuliert oder als Außenabdeckung auf einem porösen Stützrohr verwendet werden soll, um das die Sole zirkuliert. Bei dem oben angedeuteten Verfahren, bei dem die Haut auf eine Glasplatte oder dergleichen gegossen wird und dann teilweise luftgekühlt wird, während sie noch auf der Platte abgestützt ist, ergibt sich bezüglich der Eigenschaften der beiden Seiten der Haut ein bemerkenswerter Unterschied, wobei die luftgetrocknete Seite hauptsächlich für die Selektivität oder Semipermeabilität der Membran von Bedeutung ist. Die luftgetrocknte oder "gute" Seite der Membran muß, damit eine optimale Selektivität erreicht wird, der Sole zugewendet sein. Wenn deshalb des rohrfbrmi/re Membran als Auskleidung in einem porösen Stützrohr verwendet

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werden soll, das mit unter Druck stehender Sole gefüllt wird, so sollte die rohrförmige Gestalt der Membran entstehen, indem sie mit der "guten" Seite nach innen, d.h. also dem Dorn zugewandt, um einen Dorn gewickelt wird. Im anderen Fall, wenn die rohrförmige Membran auf der Außenseite eines zylindrischen Stützkörpers angeordnet werden soll und in das Salzwasser eingetaucht wird, dann sollte die Membran so um den Dorn geschlagen werden, daß ihre ⁿgute^M Seite außenliegt.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, schematisch dargestellt. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer rohrförmigen Membran gemäß einer Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer zusammengebauten Hülse, die die Membran von Fig.l enthält, wobei die Membran als Auskleidung in eine geeignete, poröse, rohrförmige Stütze eingesetzt ist,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungegemäßen rohrförmigen Membran, wobei die "gute" Seite außen liegt,

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Fig. k eine Querschnittsansicht eines Teils eines

Reinigungssystems, in dem die in Fig.3 gezeigte Membran Verwendung findet, wobei die Membran um einen rohrförmigen Stiitzkörper gewickelt ist, der von unter Druck stehender Sole umgeben wird,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Membran, wobei die Membran auf einen Dorn aufgewickelt wird, und

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der in Fig.l gezeigten Membran in einem größeren Maßstab mit bestimmten zusätzlichen Einzelheiten.

Die in Fig.l dargestellte rohrförmige, osmotische Membran ist ein an den Ender offener Zylinder 10 aus geeignetem osmotischen Membranmaterial, beispielsweise Zelluloseacetat, wobei die selektive ^wgute^w Seite als dünne, innere Oberflächenschicht 12 erscheint. Eine derartige Membran ist so aufgebaut, daß sie außen abgestützt werden kann, indem sie in einen porösen, zylindrischen Stützkörper 14, wie er in Fig.2 dargestellt ist, eingeschlossen wird. Der Stützkörper lh kann aus irgendeinem geeigneten, prosen, in strukturellen Hinsicht festem Material, beispieleweiser nicht glasierter Keramik, gesintertem Metallpulver und eto. her gestellt werden. In der Praxis wird ein gewebtes» glasfaser verstärktes Rohr bevorzugt. Wenn unter Druck stehende Sole 16

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durch die Mitte einer solchen rohrförmigen Anordnung hindurchgeschickt wird, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist, dann dringt ein Teil des Wassers als Lösungsmittel, der frei oder im wesentlichen frei von gelösten Salzen ist, durch die Wände des Zylinders aufgrund der Gegenosmose hindurch, sammelt sich als Trqfen 18 auf der äußeren Oberfläche des Stützrohres und tropft von dort in einen geeigneten, nicht dargestellten Sammler.

In Fig.3 ist eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes beschrieben, die der in Pig.l gezeigten Ausführungsform gleich ist, ausgenommen die Tatsache, daß die "gute" Seite sich auf der äußeren Oberfläche des Rohres befindet. Dieser rohrförmige Membrantyp wird als Hülse verwendet, die einen zylindrischen Stützkörper umgibt und in eine unter Druck stehende Solelösung eingetaucht ist, so daß gereinigtes Wasser durch die Membran hindurch in den Stützkörper hineindiffundiert. Eine Vorrichtung, die von einer derartigen Anordnung Gebrauch macht, ist etwas schematisch in Fig.k gezeigt, wobei die zylindrische Membran von innen durch einen zylindrischen Stützkörper 20 abgestützt wird. Der Stützkörper 20 kann ein hohles, poröses Rohr sein, wie dies gezeigt ist, kann aber auch, falls dies verlangt wird, ein massiver, poröser Zylinder sein. Die unter dem Betriebsdruck stehende Sole 16 zirkuliert durch eine Druckhülse 22, in der durch den Pfeil angezeigten Weise.

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Das gereinigte Wasser diffundiert durch die Membran und den porösen Stützkörper 20 und sammelt sich in Tropfenform 18 auf den Innenwänden des Stützkörpers, von wo aus es in einen geeigneten, nicht gezeigten Sammler fällt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die ursprüngliche Haut in Form eines Rechtecks gegossen oder zugeschnitten und um den Dorn gewickelt, wobei ein Kantenpaar parallel zur Längsachse des Dorns liegt, so daß ein eingeschlagener Abschnitt von der Membran abgeschnitten werden kann, nachdem die Vergütung erfolgt ist, der dann die Forn eines geschlitzten Zylinders besitzt, wobei der Schlitz an der Zylinderwandung gerade nach unten verläuft, d.h. parallel zur Längsachse des Zylinders. Diese Gestalt ergibt die kürzest mögliche Naht.

Wenn angenommen wird, daß die Membran so eingeschlagen wurde, daß ihre "gute" Seite innen liegt, so daß sie als mögliche Auskleidung für einen Stützkörper (Figuren 1 und 2) verwendbar ist, dann wird der eine der beiden Rändern, die sich überlappen sollen, mit einer Klebstofflage beschichtet. Die Membran wird daraufhin in das Stützrohr eingeschoben und unter leichter Druckanwendung gegen die Innenwand des Stützkörpers gedrückt, wobei sich der Klebstoff über der Überippungszone verteilt. Dies geschieht am besten dadurch, daß in die eingelegte Membran ein Kunststoffrohr eingesetzt

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und pneumatisch oder hydraulisch mit Druck beaufschlagt wird, so daß sich das Kunststoffrohr ausdehnt und die Membran gegen die Wandung des Stützkörpers drückt. Bei diesem Verfahren nimmt die Naht 2h die in Figur 6 gezeigte Form an. Einzelheiten der Naht sind aus Gründen der Verständlichkeit der Darstellung aus den Figuren 1 bis k weggelassen worden. Der Klebstoff braucht während des vorherigen Vorganges keine dauerhafte Bindung zu schaffen, so daß sich die Naht in Anpassung an zusätzliche Streckkräfte verschieben kann, wenn sie den Betriebsdrücken

des Entsalzungsvorganges ausgesetzt wird. Weitere vorteilhafte Eigenschaften des Klebstoffes bestehen darin, daß er das Membraneaterial wirksam verbindet und das entsalzte Wasser nicht verschmutzt. Wenn beispielsweise Zelluloseacetatmembranen verwendet werden, so enthalten geeignete Klebstoffe wässrigen Polyvinylalkohol, Pliobond (Goodyear Tire and Rubber Company) und Super Cement (DuPont Company).

Eine andere Verfahrensweise zur Herstellung der rohrförmigen Membranen, wie .sie dem Erfindungsgegenstand zugrundeliegen ist in Figur 5 dargestellt. Danach wird die Membran zu einem Streifen 26 vorgeschnitten und schraubenförmig um den Dorn 28 gewickelt, wobei jede Windung der Wicklung die vorhergehende Windung um einen kleinen, bestimmten Betrag überlappt. Entlang dem einen der beiden sich auf diese Weise überlappenden Ränder wird entweder vor dem Aufwickiln oder gleichzeitig mit dem Aufwickelvorgang ein Klebstoffstreifen 30 angebracht. Die Wicklung kann so geartet sein, daß sie, wie aus der Zeichnung ersichtlich

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ist, einige Windungen macht oder so, daß die Naht aus nur einer Windung besteht, die über den ganzen Umfang des Zylinders verläuft und sich von Ende zu Ende der fertigen, rohrförmigen Membran erstreckt.

In allen Figuren der Zeichnung ist die Dicke der Membran in bezug auf die Dicke der anderen gezeigten Elemente selbstverständlich stark übertrieben. Die tatsächliche Membrandicke beträgt nur wenige Tausendstel Millimeter. Auch die "gute" oder luftgetrocknete Seite der Membran, die hier als erkennbare Oberflächenschicht dargestellt ist, ist in Wirklichkeit als solche mit bloßem Auge nicht sichtbar, obgleich sich Unterschiede in den charakteristischen Merkmalen der beiden Membranflächen mit Hilfe elektronenmikroskopischer und anderer Vorrichtungen ermitieLn lassen. Darüberhinaus wurden viele Einzelheiten, beispielsweise die Dichtungsringe, Gewindeverbindungen und dergleichen weggelassen, um die wesentlichen Merkmale hervorzuheben.

Wenn die Membran als aussere Abdeckung auf einer Stützfläche (Figuren 3 und k) Verwendung findet, so kann der Stützkörper selbst als Dorn dienen, wenn dies verlangt wird, und der Stützkörper mit der um ihn geschlungenen Membran kann dann entweder als geschlitzter Zylinder (Figur 6) oder als Spirale (Figur 5) in Aeisses Wasser eingetaucht werden, um die Membran in der umgeschlagenen Konfiguration zu vergüten. Andererseits lässt sich die Membran, beispielsweise in der Form eines geschlitzten Zylinders, auf dem Dorn vergüten, wobei die luftgetrocknete oder

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"gute" Seite außen liegt und die Membran so über den Stützkörper gewickelt ist, daß sich die Ränder überlappen. Eine oder beide der sich überlappenden Oberflächen werden dann mit Klebstoff beschichtet, worauf die beiden Oberflächen zusammengepresst werden.

Die Art des Klebstoffes ist von gewisser Bedeutung. Der Klebstoff muß so beschaffen sein, daß er zwischen den einander überlappenden Rändern der Membran eine dichte Verbindung schafft, so daß die Sole nicht durch die Naht in die Reinwasserkanäle auslaufen kann. Jedoch ist, wie bereits erwähnt wurde, ein wasserdichter Klebstoff, der zu einer starren Struktur aushärtet, bevor der Soledruck einwirkt, ungeeignet. Wenn die rohrförmige Membran in das Stützrohr eingesetzt wird, muß ihr Durchmesser notwendigeweise wenigstens e^twas kleiner sein als der Innendurchmesser des Stutzrohres. Auch wenn trotz aller Vorsichtsmaßnahmen einige Unregelmässigkeiten auf der inneren Oberfläche des Stützrohres verbleiben, muß sicli die Membran selbst an diese Unregelmässigkeiten anpassen können, sobald sie unter Druckeinwirkung steht. Aus beiden Gründen wirkt sich die Einwirkung des Soledruckes in Umfangsspannungen aus, die bestrebt sind, den Durchmesser der rohrförmigen Membran zu vergrössern. Um eine Streckung der Membran selbst aufgrund diesel' Spannungen zu vermeiden, sollte der Klebstoff es den sich überlappenden Teilen der Membran ermöglichen, aufeinander zu gleiten, ohne daß die Dichtung dabei zerstört wird. Eine derartige Gleitwirkung hat zur Folge, daß die Naht wie eine Dehnungsverbindung wirkt, indem sie die Spannungen, die sonst ejn Strecken de]· Membiv. ; verursachen würden, (fas einen SelekiavitUtsverJuat, horYoj'i uit, absorbiert.

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Zur Erreichung der Abdichtung der sich überlappenden Membranflache ohne Zerstörung der Membraneigenschaften lassen sich drei Techniken verwenden.

(a) Auf die überlappte Zone lässt sich ein Klebstoff auftragen, der sowohl während seiner Aufbringung als auch während des Einsetzens der Membran in das poröse Rohr nicht dauerhaft abbindet. Der Klebstoff kann, nachdem der volle Soledruck zur Einwirkung gelangt ist, eine dauerhafte Bindung bilden, braucht es aber auch nicht. Alles, was von diesem Klebstofftyp verlangt wird , ist, daß er verhindert, daß das unter Druck stehende Salzwasser zwischen den Überlappungsschichten hindurchsickert. Als Beispiel für einen solchen Klebstoff wird eine viskose Lösung eines wässrigen Polyvinylalkohole angeführt.

(b) Ferner lässt sich ein Klebstoff verwenden, der eine dauerhafte Bindung oder Verkittung mit der Membran bewirkt, bevor diese unter Druck gesetzt wird, falls die mechanischen Eigenschaften des Klebstoffes derart sind, daß sich der Klebstoff unter der Einwirkung des Druckes ausdehnt, und zwar noch bevor sich in der Membran selbst irgendein Spannungszustand einstellt. Für diesen Klebstofftyp lassen sich Elastomere mit niedrigem Modul verwenden.

(c) Schliesslich können auch Klebstoffe benutzt werden, die vor der Solodruckeinwirkung dauerhaft aushärten oder eine dauerhafte Verkittung bewirken, falls beim Einsetzen der Membran in

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das poröse Rohr ein Druck zur Einwirkung gelangt, der gleich oder grosser der nachfolgende Soledruck ist. Falls dies geschieht, wird sich die Überlappungsstelle während des Einsetzens der Membran weit genug öffnen, so daß weder auf sie noch auf die Membran zusätzliche Streckkräfte einwirken, wenn der Soledruck wirkt. Ein Beispiel für einen solchen Klebstoff ist der "Super Cement" der FiraaDuPont de Nemours Company.

Zur weiteren Verdeutlichung des Erfindungsgegenstandes und der Art und Weise seiner praktischen Verwendung wird das folgende Beispiel gegeben.

BEISPIEL

Für eine innere Membran wurde durch Vergiessen eines 0,25 mm dicken Filmes mit Hilfe eines Abstreifmessers von einer Lösung, die 23,15 % Zelluloseacetat, (Eastman E 398-3), 69,²I % Aceton, i,65 <fo Magnesiumperchlorat, 0,33 % hydrochlorische Säure und 5,^7 Waser enthielt, ein Stück Haut hergestellt. Dieser Vorgang erfolgte mit einer auf -9 C vorgekühlten Apparatur und Lösung. Ein Teil des Lösungsmittels konnte verdampfen, während der frischgegossene Film 2 Minuten in demselben Temperaturbereich der Luft ausgesetzt wurde. Nachfem der Film 1 Stunde lang in Wasser von i C eingetaucht worden war, wurde er von der Gießplatte entfernt und um einen Dorn gewickelt, dessen Grosse mit der Grosse der Bohrung des Stützrohres vergleichbar war, bevor er 15 Minuten lang in ein auf einer Temperatur von 73°C gehaltenes Heißwasserbad eingetaucht wurde. Während dieses Verfahrens-

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Schrittes war die der Luft ausgesetzte Oberfläche des Filmes der Dornoberfläche zugewendet. Im Laufe dieses Vergütungsschrittes nahm die Membran eine dauerhafte Wicklung an, so daß sie sogar im ungeschützten Zustand eher eine zylindrische Form beibehielt als eine flache Gestalt. Eine ausreichende Breite des Filmes wurde dann von dem Dorn abgewickelt und entlang seiner Länge geschlitzt, wodurch sich ein Abschnitt ergab, der sich überlappte, sobald er auf den gewünschten Durchmesser eingeschlagen war. Die Membran wurde um ein elastomeres Rohr gewickelt, dessen Außendurchmesser etwas kleiner war als der Innendurchmesser des dauerhaften Stutzrohres, in das die Membran eingesetzt werden sollte. Die eine der sich überlappenden Oberflächen der Membran wurde mit einer dünnen Schicht aus wässrigem PoIyvinylalkohl beschichtet. Das elastomere Rohr und die Membrananordnung wurden dann in das poröse Stützrohr eingesetzt und das eine Ende des elastomeren Rohres wurde zusammengeklemmt, so daß es geschlossen war. Daraufhin wurde in das andere Ende des elastomeren Rohres Druckluft eingeblasen, so daß sich das Rohr ausreichend weit dehnte, um die Membran mit dem poxtfeen Stützrohr in innige Berührung zu bringen. Daraufhin wurde der Druck aus dem elastomeren Rohr entspannt und das Rohr selbst beseitigt, wonach die Membran in dem porösen Stützrohr die enge Berührung mit dem Rohr beibehielt, weil der in der überlappten Zone der Membran vorhandene Klebstoff den grösseren Membrandurchnesser fixierte. Die Enden des Rohres wurden schliesslich mit passenden Fittings versehen, so daß das Rohr in einem Entsalzungssystem eingesetzt werden konnte.

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Das StUtzrohr wurde daraufhin zusammen mit der Membranauskleidung in eine Hochdrucksoleleitung eingebaut, in der Brackwasser mit einer NaCl-Konzentration von 0,5 ^Qh unter einem Druck

von 42,2 kp/cm zirkulierte. Das gereinigte Wasser, das nur 300 ppm (0,03 ¹Jo) NaCl enthielt, wurde bei einer Menge von 280 Litern pro Tag und Quadratmetermembranfläche gesammelt.

Die Zusammensetzung der Gießlösung kann etwas variieren. So enthält die Gießlösung vorzugsweise etwa 3,15 % Zelluloseacetat, wobei jedoch ein Weit zwischen etwa 15 und 25 ⁰Jo gewählt werden kann. Außerdem enthält die bevorzugte Zusammensetzung etwa 69,5 % Aceton, wobei dieser Bestandteil zwischen 60 und etwa 80 % liegen kann. In ähnlicher Weise beträgt der Gehalt an Magnesiumperchlorat vorzugsweise etwa 1,65 %, kann jedah zwischen etwa 1 und etwa 2 $ betragen. Die hydrochlorische Säure ist kein notwendiger Bestandteil der Gießlösung, kann jedoch in Mengen bis zu etwa 1 %_t vorzugsweise 0,33 $ verwendet werden. Auch Wasser ist nicht erforderlich, vorzugsweise sind aber etwa 5,^7 % in der Gießlösung enthalten. Es darf jedoch, falls dies gewünscht wird, in Mengen bis zu etwa 20 % beteiligt sein. Schwankungen, die außerhalb der soeben genannten Beieiche liegen, haben zur Folge, daß die Membranen entweder schlechtere physikalische Eigenschaften, beispielsweise eine schlechtere Zugfestigkeit, aufweisen oder in ihren Funktionseigenschaften, beispielsweise hinsichtlich ihrer Selektivität und/oder Permeabilität in bezug auf Wasser zu wünschen g lassen.

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Claims

β MÖNCHEN 2· THERESiENSTRAssE 33 DipUrVirtsch.-lng. A X E L HANSMANN

Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN

Mönchen, den 14. Juni 1968 New York, New York

Ihr Zeichen UnMr Zeichen

40 West 40th Street

Ke/De

Patentanmeldung: "Verfahren zur Herstellung semipermeabler

Membranen.^N

* PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung rohrförmiger, osmotischer Membranen, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschrittet Erzeugung eines frischgeformten Films aus einem wasserdurchlässigen, salzundurchlässigen Material, Teiltrocknung des Films, Durchtränkung des Films mit kaltem Wasser, Formung des Films zu einem rohrförmigen Körper und darauffolgende Vergütung des Films durch Eintauchen in heisses Wasser, während die Rohrform aufrecht-

k erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wasserdurchlässiges Material im wesentlichen Zelluloseacetat verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Film über eine Zeitspanne von nicht mehr alt etwa fünf Minuten teilweise in Luft getrocknet wird.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wlrtich.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phyt. Sebastian Herrmann

k. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der frischgeformte Film durch Vergiessen einer aus Zelluloseacetat, Aceton, Magnesiumperchlorat und Wasser bestehenden Lösung hergestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung in Gewichtsprozenten des Gesamtgewichtes der Lösung zwischen 15 und 25 % Zelluloseacetat, zwischen 1 und 2 % Magnesiumperchlora t, zwischen 60 und 80 % Aceton und zwischen 1

und 20 % Wasser enthält. *

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung ferner zwischen 0,1 und 1 Gewichtsprozent hydrochlorige Säure enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der friechgeformte Film in einer anfänglichen Dicke zwischen 0,25 und 0,625 mn vergossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 71 dadurch gekennzeichnet, daß das Vergiessen mit einer auf eine Temperatur zwischen etwa -15⁰C und etwa +5⁰C yorgekühlten Apparatur und Lösung vorgenoaaen wird.

9. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der teilweise getrocknete FiIn annähernd eine Stunde lang nit kalten Wasser ron etwa O⁰C durohtränkt wird.

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10. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Gestalt des Films dadurch hergestellt wird, daß der Film um einen Dorn gewickelt wird.

11*. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergüten des Films durch wenigstens 15 Minuten langes Eintauchen des Films in Wasser von einer Temperatur zwischen 60 und 85°C erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzten Ränder des zu einem rohrförmigen Körper geformten Films zur Schaffung einer Überlappungsnaht überlappt werden, daß die sich überlappenden Ränder durch Zwisohenschichtung eines Klebstoffes miteinander verbunden werden, daß der Film in einen rohrförmigen Stützkörper eingesetzt wird und daß ein Innendruck auf den Film zur Einwirkung gebracht wird, der so hoch ist, daß er den Film dicht auf die Innenwände des rohrförmigen Stützkörpers drückt.

13« Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Klebstoff verwendet wird, der sich unter Spannungseinwirkung verformt, jedoch in dem Film keine wesentliche Spannung erzeugt.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff aushärtet, während die rohrförmige Membran einen Innendruck auegesetzt wird, der wenigstens gleich ihrem Betriebsdruck ist.

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15. Gegenosmosereinigungsvorrichtung mit einem Einlaß für unbehandelte Flüssigkeit, einem Auslaß für behandelte Flüssigkeit, einem porösen Stützrohr und einer osmotisehen Membran, die nach einem der Ansprüche i bis 14 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran(lO) mit einem Paar entgegengesetzter Ränder versehen ist, die zur Bildung einer hohlen Rohrmembran vereinigt sind, wobei die Uberlappungsnaht durch einen Klebstoff verkittet ist, der die entgegensetzten Ränder in dem Überdeckungsabstand hält, den sie unter normalen Betriebsdrücken ohne das Vorhandensein des Klebstoffes einnehmen würden, wobei die Membran (iO) die Oberfläche des Stützrohres (20) eng berührt und Flüssigkeitsaus- und Einlaß an den entgegengesetzten Enden der osmotisehen Membran und des Stützrohres dicht angeschlossen sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (lO) innerhalb des Stützrohres angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß'die Membran int wesentlichen aus Zelluloseacetat besteht.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Membran dauerhaft aufgewickelt ist, so daß sie vorzugsweise die Form eines Rohres besitzt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran unter einem Flüssigkeitsdruck von über 2k kp/mi steht, der die Membran fest und gleichmässig an der Oberfläche des Stützrohres zur Auflage bringt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 biö 19» dadurch gekennzeichnet, daß die sich Überlappenden Teile der Membran unter den gegenosmotiscben Arbeitsdrücken, denen die Membran ausgesetzt ist, relativ zueinander verschiebbar sind.

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