EA030648B1 - Способ изготовления многослойной полимерной матричной мембраны (варианты) и устройство для мембранной дистилляции - Google Patents

Способ изготовления многослойной полимерной матричной мембраны (варианты) и устройство для мембранной дистилляции Download PDF

Info

Publication number
EA030648B1
EA030648B1 EA201591258A EA201591258A EA030648B1 EA 030648 B1 EA030648 B1 EA 030648B1 EA 201591258 A EA201591258 A EA 201591258A EA 201591258 A EA201591258 A EA 201591258A EA 030648 B1 EA030648 B1 EA 030648B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
membrane
layer
polymer
hydrophilic
hydrophobic
Prior art date
Application number
EA201591258A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201591258A1 (ru
Inventor
Мохаммед Расул Ктаишат
Саад Альмуттири
Original Assignee
Мембрейн Дистиллейшн Диселинейшн Лтд. Ко.
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 Мембрейн Дистиллейшн Диселинейшн Лтд. Ко. filed Critical Мембрейн Дистиллейшн Диселинейшн Лтд. Ко.
Publication of EA201591258A1 publication Critical patent/EA201591258A1/ru
Publication of EA030648B1 publication Critical patent/EA030648B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/364—Membrane distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/66—Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
    • B01D71/68—Polysulfones; Polyethersulfones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/081—Manufacturing thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
    • B01D63/0822—Plate-and-frame devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0079—Manufacture of membranes comprising organic and inorganic components
    • B01D67/00791—Different components in separate layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/06—Flat membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/06—Flat membranes
    • B01D69/061—Membrane bags or membrane cushions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08—Hollow fibre membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • B01D69/1216—Three or more layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/14—Dynamic membranes
    • B01D69/141—Heterogeneous membranes, e.g. containing dispersed material; Mixed matrix membranes
    • B01D69/148—Organic/inorganic mixed matrix membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/0215—Silicon carbide; Silicon nitride; Silicon oxycarbide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/022—Metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/024—Oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/08—Polysaccharides
    • B01D71/12—Cellulose derivatives
    • B01D71/14—Esters of organic acids
    • B01D71/16—Cellulose acetate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/26—Polyalkenes
    • B01D71/262—Polypropylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/30—Polyalkenyl halides
    • B01D71/32—Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
    • B01D71/34—Polyvinylidene fluoride
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/30—Polyalkenyl halides
    • B01D71/32—Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
    • B01D71/36—Polytetrafluoroethene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/54—Polyureas; Polyurethanes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/56—Polyamides, e.g. polyester-amides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/58—Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
    • B01D71/62—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain
    • B01D71/64—Polyimides; Polyamide-imides; Polyester-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • B01D71/643—Polyether-imides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C39/00—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor
    • B29C39/003—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C39/00—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor
    • B29C39/02—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C39/12—Making multilayered or multicoloured articles
    • B29C39/123—Making multilayered articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/022—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/16—Articles comprising two or more components, e.g. co-extruded layers
    • B29C48/18—Articles comprising two or more components, e.g. co-extruded layers the components being layers
    • B29C48/21—Articles comprising two or more components, e.g. co-extruded layers the components being layers the layers being joined at their surfaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/447—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by membrane distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/36—Hydrophilic membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/38—Hydrophobic membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08—Hollow fibre membranes
    • B01D69/087—Details relating to the spinning process
    • B01D69/088—Co-extrusion; Co-spinning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/26—Polyalkenes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2009/00—Layered products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

В изобретении предложен способ изготовления многослойной смешанной матричной мембраны, который включает предоставление опорного слоя, литье гидрофильного слоя на поверхности опорного слоя, литье гидрофобного слоя на гидрофильном слое и предоставление возможности слоям образовать многослойную смешанную матричную мембрану. Также предложен способ изготовления половолоконной композиционной матричной мембраны, который включает предоставление первого раствора, содержащего гидрофильный полимер, обеспечение второго раствора, содержащего гидрофобный полимер, и экструзию первого и второго растворов с образованием многослойной половолоконной композиционной матричной мембраны. Кроме того, предложен пластинчато-рамный мембранный модуль для прямой контактной мембранной дистилляции, использующий многослойную смешанную матричную мембрану. Пластинчато-рамный мембранный модуль включает впускное отверстие для сырья, способное распределять рабочий раствор по всему мембранному модулю, впускное отверстие для пермеата, способное распределять рабочий раствор по всему мембранному модулю, извилистый усилитель, содержащий несколько проточных каналов, выпускное отверстие для сырья и выпускное отверстие для пермеата.

Description

изобретение относится к способу изготовления половолоконных и композиционных полимерных матричных мембран, включающему
предоставление первого раствора, содержащего гидрофильный полимер; предоставление второго раствора, содержащего гидрофобный полимер; и
экструзию первого и второго растворов для формирования многослойной половолоконной композиционной полимерной и матричной мембраны,
при этом первый раствор содержит гидрофильный полимер, выбранный из группы, состоящей из полисульфона, полиэфирсульфона, полиэфиримида, полиамида и ацетата целлюлозы; и
при этом второй раствор содержит гидрофобный полимер, выбранный из группы, состоящей из полипропилена, политетрафторэтилена и поливинилиденфторида.
Согласно одному варианту осуществления представлен способ, в котором первый раствор экструдируют в качестве внешнего слоя.
Согласно другому варианту осуществления представлен способ, в котором первый раствор экстру- 2 030648
дируют в качестве внутреннего слоя.
Согласно другому варианту осуществления представлен способ, в котором второй раствор дополнительно содержит полимер, модифицирующий фторированную гидрофобную поверхность, выбранный из группы, состоящей из поли(уретанпропиленгликоля), поли(уретандифенилсульфона) и поли(мочевино-диметилсилоксан-уретана).
Согласно другому варианту осуществления представлен способ, в котором первый раствор дополнительно содержит неорганические наночастицы с высокой теплопроводностью, выбранные из группы, состоящей из оксида меди, нитрида бора, нитрида алюминия, металла, предпочтительно алюминия, железа или карбида кремния.
Согласно другому варианту осуществления представлен способ, в котором первый раствор дополнительно содержит добавку, не являющуюся растворителем, выбранную из группы, состоящей из γбутиролактона и этанола.
Согласно другому варианту осуществления представлен способ, который дополнительно включает этап максимизации пористости гидрофобного слоя.
Согласно другому варианту осуществления представлен способ, который дополнительно включает этап минимизации толщины гидрофобного слоя.
Согласно другому варианту осуществления представлен способ, который дополнительно включает этап максимизации пористости гидрофильного слоя.
Согласно другому варианту осуществления представлен способ, который дополнительно включает этап максимизации толщины гидрофильного слоя.
Согласно другому варианту осуществления представлен способ, который дополнительно включает этап максимизации теплопроводности гидрофильного слоя.
Согласно другому варианту осуществления представлен способ, который дополнительно включает этап изготовления беспористых волокон для предотвращения механических недостатков.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к многослойной полимерной и смешанной матричной мембране, выполненной заявленным способом изготовления многослойной полимерной и смешанной матричной мембраны, для применения в пластинчато-рамном мембранном модуле для непосредственной контактной мембранной дистилляции, причем пластинчато-рамный мембранный модуль содержит
впускное отверстие для сырья, выполненное с возможностью распределения рабочего раствора по всему мембранному модулю;
впускное отверстие для пермеата, выполненное с возможностью распределения рабочего раствора по всему мембранному модулю;
извилистый усилитель, содержащий несколько проточных каналов; выпускное отверстие для сырья и выпускное отверстие для пермеата.
Согласно одному варианту осуществления представлена матричная мембрана, выполненная в виде половолоконной или плосколистовой мембраны.
Согласно другому варианту осуществления представлена матричная мембрана, в которой режимом потока растворов сырья и пермеата во время прямой контактной мембранной дистилляции является турбулентный режим.
Согласно другому варианту осуществления представлена матричная мембрана, в которой поток пермеата и проточные каналы обеспечивают отсутствие застоя жидкости в проточных каналах.
Согласно другому варианту осуществления представлена матричная мембрана, выполненная для прямой контактной мембранной дистилляции, при этом удельная производительность опреснения морской воды составляет до 142 кг/м2-ч.
Согласно другому варианту осуществления представлена матричная мембрана, которая находится в комплекте, содержащем несколько пластинчато-рамных мембранных модулей.
Краткое описание графических материалов
Указанные выше и/или другие аспекты настоящей заявки станут очевидными и более понятными из нижеследующего описания неограничивающих вариантов осуществления в сочетании с прилагаемыми графическими материалами, на которых:
на фиг. 1 представлено схематическое изображение способа ракельный нож/щелевая экструзионная головка для изготовления плосколистовых композиционных многослойных полимерных и смешанных матричных мембран в соответствии с неограничивающим вариантом осуществления;
на фиг. 2 представлено схематическое изображение способа щелевая экструзионная головка 1/щелевая экструзионная головка 2 для изготовления плосколистовых композиционных многослойных полимерных и смешанных матричных мембран в соответствии с неограничивающим вариантом осуществления;
на фиг. 3 представлена структурная схема системы формования полого волокна согласно неограничивающему варианту осуществления;
- 3 030648
на фиг. 4 представлено схематическое изображение фильеры;
на фиг. 5 графически изображен пластинчато-рамный мембранный модуль для прямой контактной мембранной дистилляции в соответствии с неограничивающим вариантом осуществления;
на фиг. 6 графически изображена гидродинамика потока внутри пластинчато-рамного мембранного модуля;
на фиг. 7 изображена химическая структура гидрофобного SMM полимера;
на фиг. 8 изображена структурная схема установки DCMD в соответствии с неограничивающим вариантом осуществления;
на фиг. 9 изображены фотографии SEM поперечного сечения и верхней поверхности мембраны М2: (а) и (b) соответственно;
на фиг. 10 графически изображено сравнение производительности опреснения морской воды между мембранами, изготовленными по неограничивающим вариантам осуществления (M1 и М2), и мембраны (М3), изготовленной способом, описанным в (Qtaishat et al., 2012b). Температура сырья составляет 65°C, температура пермеата составляет 25°C и расходы рабочего раствора составляют 3 л/мин; и
на фиг. 11 графически изображено сравнение производительности опреснения морской воды мембраны М3 с использованием установки DCMD и мембранного модуля, представленного в неограничивающих вариантах осуществления и системы DCMD, описанной в (Qtaishat et al. 2012b). Температура сырья составляет 65°C, температура пермеата составляет 25°C и расходы рабочего раствора составляют 3 л/мин.
Подробное описание
Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в данной заявке, имеют те же значения, что и обычно понимаемые средним специалистом в данной области техники, к которой принадлежат неограничивающие варианты осуществления.
Используемые в техническом описании и формуле изобретения формы единственного числа включают ссылки на множественное число, если в содержании явно не указано иное. Термин "содержащий", используемый в данной заявке, следует понимать, как означающий, что перечень, приведенный далее, не является исчерпывающим и может или не может включать в случае необходимости любые другие дополнительные подходящие элементы, например один или несколько дополнительных отличительных признаков, компонентов и/или составляющих.
MD - это процесс разделения, имеющий благоприятные перспективы, если основные недостатки, которые в течение десятилетий затрудняли процесс коммерциализации, будут преодолены. Таковыми являются 1) относительно более низкая удельная производительность в сравнении с хорошо известными процессами разделения и 2) изменчивость прочности мембраны из-за явления смачивания пор мембраны.
В Qtaishat et al. 2012 a, b были представлены попытки решить недостатки MD, мембрана была спроектирована математически, что привело к выдвижению идей композитной гидрофобной/гидрофильной мембраны и смешанной матричной мембраны. Экспериментально было доказано, что новые мембраны способствуют повышению удельной производительности процесса MD. Кроме того, теоретически было показано, что повышение производительности новых разработанных мембран в результате увеличения гидрофильной теплопроводность достижимо, когда коэффициенты теплопередачи и в граничных слоях, и сырья, и пермеата высоки, насколько возможно (до 50 кВт/м2-К), что требует более сложной конструкции мембранного модуля.
В настоящем изобретении предложены новые способы получения плосколистовых и половолоконных композиционных полимерных и смешанных матричных мембран. Кроме того, предложено устройство и усовершенствованная конструкция мембранного модуля с улучшенной гидродинамикой потока. Подробности приведены ниже.
Смешанная мембрана может быть выполнена в виде половолоконной или плосколистовой мембраны.
Новые способы изготовления плосколистовых композиционных полимерных и смешанных матричных мембран.
Композиционные мембраны по более ранним патентам (Qtaishat et al. 2012 a, b) были изготовлены с использованием метода инверсии фаз в один этап отливки, в которых основной гидрофильный полимер может включать диспергированные неорганические наночастицы, смешанные с макромолекулами, модифицирующими поверхность (SMM). Следует отметить, что поверхностная миграция SMM имеет решающее значение при изготовлении мембран указанных патентов. Фактически, когда неорганические наночастицы диспергируют в полимерный прядильный раствор, желательно, чтобы они осаждались в литой пленке противоположно направлению миграции SMM, в этом случае должно быть обеспечено некоторое время испарения для того, чтобы преодолеть задержку, вызванную противоположными направлениями желаемых перемещений SMM в направлении верхнего слоя и неорганических наночастиц в направлении нижнего слоя для получения требуемых свойств каждого слоя мембраны.
В действительности, это добавляет огромные трудности и затраты при изготовлении мембран при крупномасштабных производственных мощностях. В настоящем описании при этом представлены новые методы, которые преодолевают указанные ранее трудности и устраняют любую необходимость во вре- 4 030648
мени испарения.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления методы включают изготовление двух различных полимерных прядильных растворов, один из них содержит гидрофобный полимер, а другой содержит гидрофильный полимер с или без диспергирования наночастиц для верхнего и нижнего слоев мембраны соответственно. Соответственно прядильный раствор верхнего слоя имеет более низкую вязкость и плотность, чем у прядильного раствора нижнего слоя.
Существуют два варианта изготовления мембран, приведенные ниже.
1) Литье прядильного раствора нижнего слоя на нетканую бумагу с применением ракельного ножа с регулируемой толщиной литья с последующим покрытием посредством щелевой экструзионной головки гидрофобным прядильным раствором поверх литой пленки, как показано на фиг. 1, а затем погружение покрытой пленки в воду для желатинизации. На фиг. 1 представлена щелевая экструзионная головка (100), наносящая пленку с покрытием (108) непосредственно на нижний слой (104), который предусмотрен на плоской поверхности подложки (102). Необходимые свойства мембраны достигаются путем контроля свойств прядильного раствора и регулируемых параметров, показанных на фиг. (1), которыми являются I) расход (116) прядильного раствора щелевой экструзионной головки; II) скорость (110) покрытия; III) зазор (112) для нанесения, который представляет собой расстояние между кончиком щелевой экструзионной головки (102) и поверхностью нижнего слоя (104), на который наносится пленка (108) с покрытием; IV) зазор щели (114) щелевой экструзионной головки и v) толщина (106) мокрой пленки, которая представляет собой толщину нанесенной пленки с покрытием.
2) Покрытие прядильным раствором (212) нижнего слоя на нетканой бумаге (214), используя щелевую экструзионную головку (202) с регулируемыми параметрами для контроля свойств, с последующим покрытием гидрофобным слоем (218) поверх пленки (212), покрытой ранее, как показано на фиг. (2), а затем погружение пленки с покрытием в воду для желатинизации.
На фиг. 2 изображены два комплекта щелевых экструзионных головок - щелевая экструзионная головка 1 (202) и щелевая экструзионная головка 2 (206), при этом щелевая экструзионная головка 1 (202) выполнена с возможностью нанесения нижнего слоя (212) на опорную подложку (214), а щелевая экструзионная головка 2 (206) выполнена с возможностью дальнейшего наслоения пленки (218) с покрытием поверх нижнего слоя (212). Требуемые характеристики мембраны достигаются путем контроля характеристик прядильных растворов и регулируемых параметров, показанных на фиг. (2), а именно I) расходов (204) прядильных растворов щелевых экструзионных головок; II) скорости покрытия обоих слоев (220); III) зазоров для нанесения щелевых экструзионных головок, включая зазор щели (208) и зазор для нанесения (210); IV) зазоры щелей щелевых экструзионных головок (208) и v) толщины (216) мокрой пленки.
Новые методы для изготовления половолоконных композиционных полимерных и смешанных матричных мембран.
В настоящее время половолоконная конфигурация мембраны является наиболее предпочитаемой геометрией мембраны в большинстве устройств мембранного разделения. Изготовление половолоконных мембран требует внутренних и внешних коагулянтов для полимерной желатинизации и включает больше контролирующих параметров, чем для плоскослойных мембран (т.е. конструкцию и размеры фильеры, вязкость и возможность формования волокна из прядильного раствора, свойства внутренних и внешних коагулянтов, расход промывочной жидкости, скорость экструзии прядильного раствора, длина и влажность воздушного зазора, скорость намотки волокна и т.д.).
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления новый метод применяется при изготовлении половолоконных композиционных многослойных полимерных и смешанных матричных мембран. Многослойная мембрана содержит гидрофильный слой и гидрофобный слой, включающий опорную структуру. Способ включает изготовление двух различных прядильных полимерных растворов, один из которых содержит гидрофобный полимер, а другой содержит гидрофильный полимер с или без диспергирования наночастиц для верхнего и нижнего мембранных слоев соответственно. Многослойные половолоконные мембраны изготовляют в один этап с применением двух прядильных растворов путем сухо/мокрого формования, как показано на фиг. (3). Фиг. 3 иллюстрирует изготовление многослойных половолоконных мембран, в которых поверхностная коагуляции внутренней поверхности образующихся волокон начинается сразу после экструзии из фильеры (306), в то время как внешняя поверхность претерпевает коалесценцию и ориентацию полимерных заполнителей до желатинизации во внешней среде коагуляции. Далее следуют подробности: полимерные растворы загружают в резервуары (300 и 302 на фиг. 3) и проталкивают в фильеру (306) с помощью сжатого азота (312). Давление экструзии должно поддерживаться постоянным. Промывочная жидкость, содержащаяся в контейнере (304) для промывочной жидкости, может одновременно циркулировать под действием силы тяжести или с помощью насоса (314) для промывочной жидкости. Во время формования должны быть сделаны попытки для поддержания скорости намотки почти такой же, как скорость экструзии прядильного раствора. Затем полимерные растворы экструдируют в коагуляционную ванну (316), размещенную на заданной длине воздушного зазора (308). После формования зарождающиеся волокна ориентируются с помощью направляющих колес (320) и, наконец, вытаскиваются в собирающий резервуар (318) с помощью наматывающего барабана (310).
- 5 030648
На фиг. 4 приведено схематическое изображение специальной конструкции фильеры, которая обеспечивает формование обоих прядильных растворов одновременно при условии, что внутренние и внешние слои сформованного волокна имеют требуемые свойства с помощью регулирования параметров процесса по механическим, геометрическим и химическим свойствам половолоконных мембран. На фиг. 4 приведено схематическое изображение поперечного сечения фильеры (412), выполненной так, что раствор внутреннего слоя с Р > Ратм (404), раствор среднего слоя с Р > Ратм (406), а раствор наружного слоя с Р > Ратм (408) соответственно подаются в наконечник (А) сопла фильеры. Где Р - давление, которое прикладывается к растворам, а Ратм - атмосферное давление, равное 1 атм. На фиг. 4 дополнительно изображен наконечник фильеры и делительное устройство (412) многослойного сопла с камерами 414, выполненными таким образом, что получается полое волокно (410).
Пластинчато-рамный мембранный модуль для прямой контактной мембранной дистилляции.
В наших более ранних патентах (Qtaishat et al. 2012 a, b) было заявлено, что улучшение производительности композиционных мембран в результате увеличения теплопроводности нижнего гидрофильного слоя реализуется, когда уменьшаются сопротивления граничных слоев. В настоящем описании предложена конструкция пластинчато-рамного мембранного модуля для тестирования плосколистовых композиционных полимерных и смешанных матричных мембран при прямой контактной мембранной дистилляции, как показано на фиг. (5).
На фиг. 5 изображена конструкция пластинчато-рамного мембранного модуля для прямой контактной мембранной дистилляции, выполненная так, что между каждыми двумя держателями (502) мембраны закреплена мембрана (504) между двумя извилистыми поверхностями (506), поддерживаемыми резиновым уплотнительным кольцом (508) с каждой стороны. Извилистые поверхности (506) выполнены таким образом, что обеспечивается максимальная площадь поверхности каждой грани. Конструкция включает мультимембранные мешки, которые содержат впускные коллекторы сырья и пермеата для равномерного распределения рабочего раствора по всему модулю, как показано на фиг. (6), конструкция включает извилистые путевые каналы, которые действуют как усилители турбулентности.
Рабочий раствор включает жидкости, содержащиеся в баке для сырья и баке для пермеата соответственно. При этом рабочий раствор может быть (1) сырьевым раствором, который может быть, например, морской водой, жесткой водой, сточной водой и т.д., и (2) раствором пермеата, который может быть дистиллированной водой, водопроводной водой, деионизированной водой и т.д.
На фиг. 6 графически проиллюстрирована гидродинамика потока внутри пластинчато-рамного мембранного модуля, в котором гидродинамический поток (608) пересекает извилистую поверхность (602), начиная от коллектора (604), содержащегося на держателе. Конструкция включает широко открытые каналы в выпускных отверстиях для сырья и пермеатов, чтобы избежать застоя жидкости в проточных каналах для сырья и пермеата.
Применение способов изготовления и пластинчато-рамного модуля.
Способы изготовления, описанные в настоящем описании, особенно полезны при получении многослойных композиционных полимерных и смешанных матричных мембран. Пластинчато-рамный мембранный модуль согласно настоящему изобретению особенно полезен для прямой контактной мембранной дистилляции (DCMD).
Предлагаемые способы могут производить мембраны для разнообразного применения, включая, но не ограничиваясь, опреснение морской воды, очистку сточных вод, переработку пищевых продуктов, концентрирование фармацевтических препаратов и т.д.
Для лучшего понимания неограничивающих вариантов осуществления, описанных в данной заявке, изложены следующие примеры. Следует понимать, что эти примеры приведены только с целью пояснения. Таким образом, в любом случае это не должно ограничивать объем настоящего изобретения.
Пример. Новая смешанная матричная мембрана и устройство для опреснения морской воды с помощью прямой контактной мембранной дистилляции.
Хорошо известно, что относительно меньшая удельная производительность MD по сравнению с хорошо известными процессами разделения и изменчивость прочности мембраны из-за эффекта смачиваемости пор мембраны являются основными препятствиями, стоящими на пути процесса MD при коммерциализации для крупномасштабного производства. В наших последних патентах (Qtaishat et al. 2012 a, b) были представлены идеи композиционных полимерных и смешанных матричных мембран для преодоления существующих препятствий для процесса MD. Тем не менее, способы изготовления, описанные в них (Qtaishat et al. 2012 a, b) не являются гибкими для увеличения масштаба массового производства мембран.
В настоящем изобретении были предложены новые способы для изготовления мембран, которые позволяют легко увеличить масштаб и лучше контролировать свойства слоев мембраны. Кроме того, предложенный пластинчато-рамный модуль в данном описании спроектирован таким образом, что имеет очень высокие коэффициенты теплопередачи в граничных слоях и сырья, и пермеата.
В этом примере были подготовлены разные плосколистовые композиционные смешанные матричные мембраны с применением системы литья ракельный нож/щелевая экструзионная головка, описанной на фиг. 1, мембраны были выполнены при разных видах и концентрациях гидрофильного полимера.
- 6 030648
Строение изготовленных композиционных смешанных матричных мембран изучали с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM). Производительность опреснения морской воды изготовленных мембран была проверена DCMD с помощью разработанного модульного устройства, описанного в данной заявке. Производительность опреснения была в итоге сравнена с той, что описана в наших более ранних патентах (Qtaishat et al. 2012 а, b).
Экспериментальная часть.
Материалы гидрофильного прядильного раствора (нижний слой).
Все химические вещества, используемые при получении гидрофильного прядильного раствора, приведены в табл. 1 вместе с их номером из реестра химических соединений (CAS). Средневесовой молекулярный вес (Mw) полиэфиримида (PEI) и полиэфирсульфона, используемых в данном примере, составляет 15 и 30,8 кДа соответственно.
Таблица 1
Материалы, используемые в данном примере
Описание материала Номер CAS Источник
1 -метил-2-пирро лидинон (NMP, безводный 99,5%) 112-14-1 Sigma-Aldrich, Inc., СентЛуис, Миссури, США.
γ-бутиролактон (GBL, 99+%) 96-48-0 Aldrich Chemical Company, Inc., Милуоки, Висконсин, США
Нитрид бора (порошок. ~1 мкм 98%) 246-140-8 Aldrich Chemical Company, Inc., Германия
Полиэфиримид (PEL Ultem 1000, Natural Pallet) Удельный вес: 1,27 61128-46-9 General Electric M.A., Co., Питтсфилд, США
Полиэфирсульфон (PES, Radel A- 300PNT) 25667-42-9 Amoco Polymer Inc., Альфаретта, Джорджия, США.
Материалы гидрофобного прядильного раствора (верхний слой).
Гидрофобный материал, используемый в данном прядильном растворе, представляет собой макромолекулы, модифицирующие поверхность, разработанные в наших более ранних патентах (Qtaishat et al. 2012 a, b). Выбранная химическая структура гидрофобного SMM полимера показана на фиг. 7.
Изготовление полимерного прядильного раствора.
Гидрофильный прядильный раствор получают растворением предварительно определенного количества PES или PEI в смеси NMP/GBL. Полученные смеси перемешивали в орбитальном встряхивателе при комнатной температуре в течение по меньшей мере 48 ч, а затем 5 вес.% неорганических наночастиц нитрида бора были добавлены к полимерному раствору, и раствор дополнительно перемешивали в течение 24 ч. Полученный раствор представляет собой полимерно-неорганическую дисперсию, где суспендированы неорганические наночастицы. Концентрация PES и PEI в растворе составляла 12 и 10 вес.% соответственно. Концентрация GBL составляла 10 вес.%.
С другой стороны, гидрофобный прядильный раствор готовили растворением 3 вес.% SMM в смеси NMP/GBL. Концентрация GBL составила 10 вес.%. Полученные смеси перемешивали в орбитальном встряхивателе при комнатной температуре в течение по меньшей мере 72 ч.
Наконец, когда растворы были готовы, они были отфильтрованы с помощью тефлоновой бумаги, а затем дегазированы при комнатной температуре.
Изготовление мембран.
Композиционные смешанные матричные мембраны изготавливали методом инверсии фаз. Гидрофильные прядильные растворы были отлиты на подложке с использованием ракельного ножа, при этом подложка представляет собой нетканую бумагу толщиной 0,20 мм, затем щелевая экструзионная головка покрыла тонкой пленкой гидрофобного прядильного раствора, как показано на фиг. 1. Затем отлитые пленки вместе со стеклянными пластинами были погружены в водопроводную воду при комнатной тем- 7 030648
пературе. Все мембраны были высушены в условиях окружающей среды. Следуя этому способу были изготовлены две разные мембраны, а именно M1 и М2. В мембране M1 базовым гидрофильным полимером был PEI, в то время как в мембране М2 базовым гидрофильный полимером был PES.
Исследование мембран сканирующей электронной микроскопией (SEM).
Поперечное сечение и верхнюю поверхность изготовленных мембран анализировали с помощью сканирующей электронной микроскопии, SEM (JSM-6400 JEOL, Япония). Для изображения поперечного сечения мембраны были разрезаны на куски шириной (3 мм шириной и 10 мм длиной), а затем погружены в резервуар с жидким азотом на 5 с. В то время пока куски удерживались в жидком азоте, они были разломаны на две части с помощью растягивания с обоих концов. Один из разломанных кусков перед применением был установлен на металлической пластине с углеродной пастой и золотым покрытием. Поперечное сечение мембран на разломанных частях было, в конце концов, исследовано посредством SEM.
Эксперименты по опреснению морской воды DCMD.
Система, используемая для проведения экспериментов с DCMD, представлена на фиг. 8. Следует заметить, что в этой системе одновременно также могут быть связаны несколько мембранных модулей. В этом примере был использован недавно разработанный пластинчато-рамный мембранный модуль, который содержит 8 мембранных мешков, обеспечивающий общую эффективную площадь мембраны 1 м2.
Как показано на фиг. 8, горячая сырьевая морская вода, содержащаяся в баке (802) для сырья, и пермеат, представляющий собой холодную водопроводную воду, содержащийся в баке (834) для пермиата, циркулируют в противоположных направлениях по касательной к мембране, размещенной в мембранном модуле (816), с помощью циркуляционных насосов, включающих насос (804) для сырья и насос (832) для пермеата (March TE-5.5CMD). Температуры растворов сырья и пермеата измеряются во впускных отверстиях (822) и (814) и в выпускных отверстиях (824) и (818) мембранного модуля (816). Эти температуры измеряется непрерывно, в установившемся режиме посредством зондов Pt100, подключенных к цифровому мультиметру (Keithiey 199), с точностью ±0,1°C. Температура во впускном отверстии в растворе (814) сырья контролируется посредством термостата (806) (Lauda K20KS), соединенного с теплообменником (808), расположенным между насосом сырья (804) и мембранным модулем (816). Температура водопроводной воды поддерживается на уровне приблизительно 25°C, что контролируется с помощью холодильника (828) (PoIyScience Model 67S), расход сырья и пермеата измеряется расходомерами (810), (826) (Tecfluid TCP 316-0630, с точностью ±2%). Давление непрерывно контролируется двумя манометрами (812), (836), размещенными во входных отверстиях, и двумя манометрами, размещенными в выходных отверстиях (820), (838) мембранного модуля (816). Затем измеряется удельная производительность DCMD на холодной стороне с помощью градуированной трубки, соединенной с контейнером, а также путем сравнения общего объема потерь воды в контейнере (802) сырья с объемом пермеата, собранным в конце каждого экспериментального запуска. С помощью данной системы могут быть исследованы влияния температуры сырья и расхода сырья и пермеата. Отсутствие смачивания мембраны может быть проверено путем измерения электрической проводимости с помощью измерителя 712 проводимости QMetrohm с точностью ±1%. Коэффициент разделения рассчитывается с использованием следующего выражения:
а= 1-— -100,
I C/J
где Ср и Cf - концентрация соли в пермеате и в объеме раствора сырья соответственно. Вся система полностью изолирована с целью сведения к минимуму потерь тепла в окружающую среду.
Данная система DCMD может быть применена для одного модуля DCMD или комплекта модулей DCMD.
Результаты и обсуждение.
Описание свойств плосколистовых композитных смешанных матричных мембран.
Изображения SEM поперечного сечения и верхней поверхности мембраны М2 приведены на фиг. 9. Как видно на фиг. 9а, мембраны имеют асимметричную структуру с более плотной структурой на верхней поверхности, в то время как структура нижней поверхности является неравномерной пальцевидной структурой, и небольшие макро-пустоты были сформированы в нижней части. Самое главное, что также показано на фиг. 9а, что общая толщина мембраны была 85,5 мкм, в которой 84,5 мкм является толщиной нижнего гидрофильного слоя, а толщина верхнего гидрофобного слоя составляет приблизительно 1 мкм.
На фиг. 9b показано изображение SEM верхней поверхности мембраны М2, как видно, мембрана является очень пористой с очень малым размером пор, которые согласуются с требуемыми свойствами верхнего слоя, учитывающими небольшие толщины слоя, как показано на фиг. 9а.
Производительность мембраны при опреснении морской воды.
Производительность опреснения морской воды изготовленных плосколистовых композиционных смешанных матричных мембран в этом примере (т.е. M1 и М2) сравнивается с одной из мембран (М3), которые были ранее изготовлены в соответствии со способами, описанными в наших более ранних па- 8 030648
тентах (Qtaishat et al. 2012b). На фиг. 10 показано это сравнение, следует отметить, что гидрофильный базовый полимер и неорганические наночастицы, используемые при изготовлении мембраны М3 аналогичны мембране М2 данного примера. Четко видно, что удельная производительность обоих M1 и М2 мембран оказалась неожиданно выше, чем у мембраны М3 (более чем в два раза), так как они обладают гораздо боле тонким и более пористым гидрофобным верхним слоем, чем мембрана М3.
Кроме того, производительность установки DCMD и мембранного модуля, описанных в данной заявке (см. фиг. 5 и 8), была проверена путем тестирования мембраны М3, затем производительность сравнили с удельной производительностью той же мембраны при использовании установки DCMD, описанной в (Qtaishat et al. 2012 a, b). Это сравнение изображено графически на фиг. 11, на которой видно, что производительность той же мембраны была неожиданно и удивительно чрезвычайно увеличена при применении модуля DCMD, который описан в данной заявке, так как она обеспечивает улучшенную гидродинамику потока и предотвращает застой жидкости в проточных каналах сырья и пермеата.
Следует отметить, что для всех экспериментов DCMD температура морской воды составляла 65°C, температура пермеата составляла 25°C, а расходы сырья и пермеата составляли 3 л/мин. Кроме того, все проверенные мембраны обладают коэффициентом обессоливания выше чем 99,9%.
Выводы.
В данном примере предложены способы изготовления, которые могут дать производителю мембран возможность изготовления мембран с наиболее желаемыми свойствами.
Изготовленные мембраны согласно этому документу проявили лучшие свойства мембранных слоев по сравнению с мембранами, изготовленными другими способами, включая меньшую толщину верхнего слоя и высокую пористость.
Кроме того, было практически подтверждено, что мембранный модуль и установка DCMD играют решающую роль в улучшении гидродинамики потока, а, следовательно, и удельной производительности.
Без дальнейшего анализа, вышеизложенное описание настолько полно раскрывает принципы настоящего изобретения, что путем применения современных знаний без излишнего экспериментирования можно легко приспособить его для различных применений вне вариантов осуществления, подробно описанных в данной заявке.
Другими словами, несмотря на то, что один или несколько примерных вариантов осуществления были описаны со ссылкой на графические материалы, специалистам в данной области техники следует понимать, что могут быть сделаны различные изменения в форме и деталях без отступления от сущности и объема идеи изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.
Примерные варианты осуществления следует рассматривать в описательном смысле, а не для целей ограничения. Таким образом, объем примерных вариантов осуществления определяется не подробным описанием, а прилагаемой формулой изобретения, и все различия в пределах объема следует считать включенными в идею изобретения.

Claims (29)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ изготовления многослойной полимерной и смешанной матричной мембраны, включающий
    предоставление опорного слоя;
    литье гидрофильного слоя на поверхности опорного слоя; литье гидрофобного слоя на гидрофильном слое и
    предоставление возможности формирования слоями многослойной полимерной и смешанной матричной мембраны,
    при этом гидрофобный слой содержит гидрофобный полимер, выбранный из группы, состоящей из полипропилена, политетрафторэтилена и поливинилиденфторида; и
    гидрофильный слой содержит гидрофильный полимер, выбранный из группы, состоящей из полисульфона, полиэфирсульфона, полиэфиримида, полиамида и ацетата целлюлозы.
  2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает погружение полученной многослойной смешанной матричной мембраны в воду для обеспечения желатинизации.
  3. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидрофобный слой дополнительно содержит полимер, модифицирующий фторированную гидрофобную поверхность, выбранный из группы, состоящей из поли(уретанпропиленгликоля), поли(уретандифенилсульфона) и поли(мочевино-диметилсилоксануретана).
  4. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидрофильный слой дополнительно содержит неорганические наночастицы с высокой теплопроводностью, выбранные из группы, состоящей из оксидов металлов, предположительно оксида меди, нитрида бора, нитрида алюминия, металла, предположительно алюминия, железа или карбида кремния.
  5. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидрофильный слой дополнительно содержит добавку, не являющуюся растворителем, выбранную из группы, состоящей из γ-бутиролактона и этанола.
  6. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает этап максимизации пористости
    - 9 030648
    гидрофобного слоя.
  7. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает этап минимизации толщины гидрофобного слоя.
  8. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает этап максимизации пористости гидрофильного слоя.
  9. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает этап максимизации толщины гидрофильного слоя.
  10. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает этап максимизации теплопроводности гидрофильного слоя.
  11. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает
    этап литья гидрофильного полимерного прядильного раствора, содержащего основной гидрофильный полимер, для изготовления гидрофильного слоя;
    этап литья гидрофобного полимерного прядильного раствора, содержащего гидрофобный полимер, для изготовления гидрофобного слоя,
    при этом гидрофобный полимерный прядильный раствор имеет более низкую вязкость и плотность, чем гидрофильный полимерный прядильный раствор на ранее отлитой гидрофильной пленке.
  12. 12. Способ изготовления половолоконных и композиционных полимерных матричных мембран, включающий
    предоставление первого раствора, содержащего гидрофильный полимер; предоставление второго раствора, содержащего гидрофобный полимер; и
    экструзию первого и второго растворов для формирования многослойной половолоконной композиционной полимерной и матричной мембраны,
    при этом первый раствор содержит гидрофильный полимер, выбранный из группы, состоящей из полисульфона, полиэфирсульфона, полиэфиримида, полиамида и ацетата целлюлозы; и
    при этом второй раствор содержит гидрофобный полимер, выбранный из группы, состоящей из полипропилена, политетрафторэтилена и поливинилиденфторида.
  13. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что первый раствор экструдируют в качестве внешнего
    слоя.
  14. 14. Способ по п.12, отличающийся тем, что первый раствор экструдируют в качестве внутреннего
    слоя.
  15. 15. Способ по п.12, отличающийся тем, что второй раствор дополнительно содержит полимер, модифицирующий фторированную гидрофобную поверхность, выбранный из группы, состоящей из поли(уретанпропиленгликоля), поли(уретандифенилсульфона) и поли(мочевино-диметилсилоксануретана).
  16. 16. Способ по п.12, отличающийся тем, что первый раствор дополнительно содержит неорганические наночастицы с высокой теплопроводностью, выбранные из группы, состоящей из оксида меди, нитрида бора, нитрида алюминия, металла, предположительно алюминия, железа или карбида кремния.
  17. 17. Способ по п.12, отличающийся тем, что первый раствор дополнительно содержит добавку, не являющуюся растворителем, выбранную из группы, состоящей из γ-бутиролактона и этанола.
  18. 18. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно включает этап максимизации пористости гидрофобного слоя.
  19. 19. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно включает этап минимизации толщины гидрофобного слоя.
  20. 20. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно включает этап максимизации пористости гидрофильного слоя.
  21. 21. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно включает этап максимизации толщины гидрофильного слоя.
  22. 22. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно включает этап максимизации теплопроводности гидрофильного слоя.
  23. 23. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно включает этап изготовления беспористых волокон для предотвращения механических недостатков.
  24. 24. Многослойная полимерная и смешанная матричная мембрана, выполненная способом по любому из пп.1-9, для применения в пластинчато-рамном мембранном модуле для непосредственной контактной мембранной дистилляции, причем пластинчато-рамный мембранный модуль содержит
    впускное отверстие для сырья, выполненное с возможностью распределения рабочего раствора по всему мембранному модулю;
    впускное отверстие для пермеата, выполненное с возможностью распределения рабочего раствора по всему мембранному модулю;
    извилистый усилитель, содержащий несколько проточных каналов; выпускное отверстие для сырья и выпускное отверстие для пермеата.
  25. 25. Мембрана по п.24, отличающаяся тем, что матричная мембрана выполнена в виде половолокон- 10 030648
    ной или плосколистовой мембраны.
  26. 26. Мембрана по п.24, отличающаяся тем, что режимом потока растворов сырья и пермеата во время прямой контактной мембранной дистилляции является турбулентный режим.
  27. 27. Мембрана по п.24, отличающаяся тем, что поток пермеата и проточные каналы обеспечивают отсутствие застоя жидкости в проточных каналах.
  28. 28. Мембрана по п.24, отличающаяся тем, что выполнена для прямой контактной мембранной дистилляции, при этом удельная производительность опреснения морской воды составляет до 142 кг/м2-ч.
  29. 29. Мембрана по п.24, отличающаяся тем, что находится в комплекте, содержащем несколько пластинчато-рамных мембранных модулей.
EA201591258A 2013-01-17 2014-01-17 Способ изготовления многослойной полимерной матричной мембраны (варианты) и устройство для мембранной дистилляции EA030648B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361753751P 2013-01-17 2013-01-17
PCT/IB2014/058356 WO2014111889A2 (en) 2013-01-17 2014-01-17 Novel techniques for preparing multi-layer polymeric and mixed matrix membranes and a device for membrane distillation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201591258A1 EA201591258A1 (ru) 2015-12-30
EA030648B1 true EA030648B1 (ru) 2018-09-28

Family

ID=50151334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201591258A EA030648B1 (ru) 2013-01-17 2014-01-17 Способ изготовления многослойной полимерной матричной мембраны (варианты) и устройство для мембранной дистилляции

Country Status (18)

Country Link
US (1) US9919275B2 (ru)
EP (1) EP2945731B1 (ru)
JP (1) JP6378206B2 (ru)
KR (1) KR102066315B1 (ru)
CN (1) CN105073232B (ru)
AU (1) AU2014206550B2 (ru)
BR (1) BR112015017084A2 (ru)
CA (1) CA2896987A1 (ru)
EA (1) EA030648B1 (ru)
ES (1) ES2709444T3 (ru)
JO (1) JO3436B1 (ru)
MA (1) MA38259A1 (ru)
MX (1) MX2015009253A (ru)
SA (1) SA515360742B1 (ru)
SG (1) SG11201505063PA (ru)
TN (1) TN2015000287A1 (ru)
WO (1) WO2014111889A2 (ru)
ZA (1) ZA201504899B (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759899C1 (ru) * 2020-07-06 2021-11-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)" Устройство для получения композиционной мембраны с полиэлектролитными слоями

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10384167B2 (en) 2013-11-21 2019-08-20 Oasys Water LLC Systems and methods for improving performance of osmotically driven membrane systems
US11364468B2 (en) 2015-09-15 2022-06-21 King Abdullah University Of Science And Technology Soft sensing of system parameters in membrane distillation
US10118124B2 (en) * 2016-01-25 2018-11-06 Ut-Battelle, Llc Integrated membrane-pyrolysis systems and methods
JPWO2018159563A1 (ja) * 2017-02-28 2019-11-07 富士フイルム株式会社 分離用複合膜、分離膜モジュール、分離装置、分離膜形成用組成物、及び分離用複合膜の製造方法
CN109012238B (zh) * 2018-08-13 2021-05-11 南京林业大学 一种高强度高通量的油水分离膜的制备方法及油水分离膜
CN111545069A (zh) * 2019-02-12 2020-08-18 日立化成株式会社 层叠物
JPWO2020246550A1 (ru) * 2019-06-06 2020-12-10
CN110394068B (zh) * 2019-06-21 2021-12-10 苏州智能制造研究院有限公司 一种Janus聚四氟乙烯中空纤维膜及其制备方法
WO2021211933A1 (en) * 2020-04-16 2021-10-21 Entegris, Inc. Hydrophobic membranes and membrane distillation methods
CN111744369A (zh) * 2020-05-20 2020-10-09 山东大学 一种耐润湿、抗油污的Janus型蒸馏膜及其制备方法及应用
CN112999886A (zh) * 2021-03-03 2021-06-22 重庆中膜科技集团有限公司 一种夹层结构复合纤维透气膜及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6219205A (ja) * 1985-07-17 1987-01-28 Nok Corp 限外ロ過膜の製造方法
US20030209485A1 (en) * 2001-05-22 2003-11-13 Willem Kools Process of forming multilayered structures
US20060144788A1 (en) * 2004-12-03 2006-07-06 Cath Tzahi Y Vacuum enhanced direct contact membrane distillation
US20110114559A1 (en) * 2008-01-03 2011-05-19 Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh Hollow fibre membrane
CA2825547A1 (en) * 2011-01-24 2012-08-02 Membrane Distillation Desalination Ltd. Co. Composite mixed matrix membranes for membrane distillation and related methods of manufacture
EP2545983A1 (en) * 2011-07-11 2013-01-16 Keppel Seghers Belgium Membrane distillation apparatus

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3398091A (en) * 1966-08-09 1968-08-20 Ionics Membrane separation apparatus and process
US4316772A (en) * 1979-02-14 1982-02-23 Cheng Dah Y Composite membrane for a membrane distillation system
JPS60197205A (ja) * 1984-03-16 1985-10-05 Sasakura Eng Co Ltd 透過膜式蒸溜装置
US5240615A (en) * 1991-08-20 1993-08-31 Fishman Jerry H Composite membrane composed of microporous polyvinylidene difluoride membrane laminated to porous support and process for its preparation
DE4321927C2 (de) * 1993-07-01 1998-07-09 Sartorius Gmbh Filtereinheit mit Entgasungsvorrichtung
EP2813278B1 (en) * 2000-05-24 2019-01-09 EMD Millipore Corporation Process of forming multilayered membranes
AU2003262655A1 (en) * 2002-08-12 2004-02-25 Ge Osmonics, Inc. Residential reverse osmosis system
DE10305865B4 (de) * 2003-02-13 2006-06-08 Itn Nanovation Gmbh Filtrationsvorrichtung
US20080004205A1 (en) * 2006-06-30 2008-01-03 Millipore Corporation Ultrafiltration membranes and methods of making
CN100417434C (zh) * 2006-05-19 2008-09-10 广州美能材料科技有限公司 一种复合中空纤维膜的制备方法
EP1925355A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-28 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Membrane distillation method for the purification of a liquid
US9346021B2 (en) * 2008-12-02 2016-05-24 Membrane Distillation Desalination Ltd., Co. Composite membranes for membrane distillation and related methods of manufacture
JP2011200770A (ja) * 2010-03-25 2011-10-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 膜蒸留用多孔質膜、膜蒸留用モジュールおよび膜蒸留式造水システム
CN103157386B (zh) * 2011-12-16 2017-04-12 三星电子株式会社 包括纳米孔材料的半透膜和分离膜、及其制造方法
DE102014009325B4 (de) * 2014-06-27 2016-04-28 Mann+Hummel Gmbh Befeuchtungseinrichtung, insbesondere für eine Brennstoffzelle

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6219205A (ja) * 1985-07-17 1987-01-28 Nok Corp 限外ロ過膜の製造方法
US20030209485A1 (en) * 2001-05-22 2003-11-13 Willem Kools Process of forming multilayered structures
US20060144788A1 (en) * 2004-12-03 2006-07-06 Cath Tzahi Y Vacuum enhanced direct contact membrane distillation
US20110114559A1 (en) * 2008-01-03 2011-05-19 Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh Hollow fibre membrane
CA2825547A1 (en) * 2011-01-24 2012-08-02 Membrane Distillation Desalination Ltd. Co. Composite mixed matrix membranes for membrane distillation and related methods of manufacture
WO2012100326A1 (en) * 2011-01-24 2012-08-02 Membrane Distillation Desalination Ltd. Co. Composite mixed matrix membranes for membrane distillation and related methods of manufacture
EP2545983A1 (en) * 2011-07-11 2013-01-16 Keppel Seghers Belgium Membrane distillation apparatus

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BONYADI, S. CHUNG, T.S.: "Flux enhancement in membrane distillation by fabrication of dual layer hydrophilic-hydrophobic hollow fiber membranes", JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE, ELSEVIER BV, NL, vol. 306, no. 1-2, 7 November 2007 (2007-11-07), NL, pages 134 - 146, XP022335825, ISSN: 0376-7388, DOI: 10.1016/j.memsci.2007.08.034 *
FELINIA EDWIE; MAY MAY TEOH; TAI-SHUNG CHUNG;: "Effects of additives on dual-layer hydrophobic hydrophilic PVDF hollow fiber membranes for membrane distillation and continuous performance", CHEMICAL ENGINEERING SCIENCE, OXFORD, GB, vol. 68, no. 1, 10 October 2011 (2011-10-10), GB, pages 567 - 578, XP028107825, ISSN: 0009-2509, DOI: 10.1016/j.ces.2011.10.024 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759899C1 (ru) * 2020-07-06 2021-11-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)" Устройство для получения композиционной мембраны с полиэлектролитными слоями

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014111889A3 (en) 2014-12-11
KR102066315B1 (ko) 2020-01-14
SG11201505063PA (en) 2015-08-28
BR112015017084A2 (pt) 2017-07-11
CN105073232B (zh) 2017-12-12
TN2015000287A1 (en) 2016-10-03
ZA201504899B (en) 2016-07-27
WO2014111889A2 (en) 2014-07-24
EP2945731B1 (en) 2018-10-31
JP6378206B2 (ja) 2018-08-22
MX2015009253A (es) 2015-10-15
CA2896987A1 (en) 2014-07-24
SA515360742B1 (ar) 2018-02-15
US9919275B2 (en) 2018-03-20
CN105073232A (zh) 2015-11-18
JP2016513000A (ja) 2016-05-12
EP2945731A2 (en) 2015-11-25
EA201591258A1 (ru) 2015-12-30
AU2014206550B2 (en) 2018-05-10
JO3436B1 (ar) 2019-10-20
US20150360184A1 (en) 2015-12-17
KR20150110518A (ko) 2015-10-02
ES2709444T3 (es) 2019-04-16
MA38259A1 (fr) 2016-09-30
AU2014206550A1 (en) 2015-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA030648B1 (ru) Способ изготовления многослойной полимерной матричной мембраны (варианты) и устройство для мембранной дистилляции
Zhu et al. Preparation and properties of PTFE hollow fiber membranes for desalination through vacuum membrane distillation
Mansourizadeh et al. Preparation of blend polyethersulfone/cellulose acetate/polyethylene glycol asymmetric membranes for oil–water separation
KR101936924B1 (ko) 분리막, 및 상기 분리막을 포함하는 수처리 장치
CN107709622A (zh) 碱性水电解用隔膜及其制造方法
US20130105383A1 (en) Nanofiltration-type thin film composite forward osmosis membrane and a method of synthesizing the same
Rahbari-Sisakht et al. Effect of novel surface modifying macromolecules on morphology and performance of Polysulfone hollow fiber membrane contactor for CO2 absorption
WO2016157634A1 (ja) 複合膜の製造方法
Matveev et al. Effect of draw ratio on the morphology of polysulfone hollow fiber membranes
CN108586780A (zh) 一种多孔性聚酰亚胺薄膜及其制备方法
Abdallah et al. Hydrophobic polyethersulfone porous membranes for membrane distillation
Li et al. Study on the interfacial activation of dual surfactants in the process of forming porous membranes
CN116747721A (zh) 结构可控非对称复合超滤膜、制备方法及其应用
EP4302865A1 (en) Double-continuous high-pass polymer ultrafiltration membrane, preparation method therefor, and application thereof
US10632426B2 (en) Hollow fiber membranes for solubilizing a gas into a liquid, devices for same, and processes of same
CN112657342B (zh) 一种聚酰胺中空纤维复合分离膜及制备方法
KR20170092132A (ko) 수직정렬 탄소나노튜브 복합 초박형 분리막 및 이의 제조방법 및 제조장치
CN114377555A (zh) 一种中空纤维加湿膜及其制备方法和应用
OA17514A (en) Novel techniques for preparing multi-layer polymeric and mixed matrix membranes and a device for membrane distillation.
RU2769246C1 (ru) Способ получения полимерной мембраны (варианты)
Alsaery Development of highly porous flat sheet polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes for membrane distillation
CN114713295B (zh) 一种单价选择性阳离子交换膜及其制备方法与应用
CN115779699A (zh) 一种内外层调控中空纤维双层膜的制备方法及装置
RU86888U1 (ru) Асимметричная мембрана
WO2023276614A1 (ja) 正浸透膜、及びそれを含む正浸透膜モジュール

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU