Способ получения полупроницаемых мембран

 

Изобретение относится к способам изготовления мембран, используемых для разделения растворенных веществ, растворов и коллоидных систем методами ультрафильтрации, обратного осмоса, диализа. Цель изобретения - упрощение способа и расширение его технологических возможностей. Мембрану формируют на электропроводящей подложке путем электрохимического инициирования полимеризации мономеров. В случае, когда полимерную пленку наносят на поверхность металлокерамики, после электролиза получают композиционную мембрану, которую можно сразу использовать в процессах разделения. При использовании в качестве подложки сплошной металлической пластины полученную полимерную пленку снимают с электрода, кратковременно выдерживая его в растворе соляной кислоты, и далее используют как обычную мембрану. Получение мембран таким методом может быть осуществлено как при постоянном напряжении, так и при постоянной плотности тока, что расширяет возможности способа. 1 з.п. ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 B 01 D 67 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

M А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4103393/31-26 (22) 01.08.86 (46) 30.04.90. Бюл. № 16 (71) Институт химии Дальневосточного научного центра АН СССР (72) Н. Я. Коварский, Л. Г. Колзунова и И. IO. Калугина (53) 66.066-278.022.2 (088.8) (56) Заявка Японии № 58 — 33001, кл. В 01 D 13/00, 1983. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОНИЦАЕМЫХ МЕМБРАН (57) Изобретение относится к способам изготовления мембран, используемых для разделения растворенных веществ, растворов и коллоидных систем методами ультрафильтрации, обратного осмоса, диализа.

Цель изобретения — упрощение способа

Изобретение относится к технологии получения мембран для ультрафильтрации, обратного осмоса, диализа.

Цель изобретения — упрощение способа.

Цель достигается тем, что формирование полупроницаемых мембран осуществляют на электропроводящей подложке (сплошной или пористой) путем электрохимического инициирования полимеризации мономеров в растворах.

Способ осуществляется следующим образом.

В раствор, содержащий один или несколько мономеров, а также в случае .необходимости электропроводящую соль, помещают два электрода, один из которых, анод, может быть изготовлен из платины, никеля, алюминия, титана или другого устойчивого в данной среде электропроводящего материала, а другой, катод, из любого листового или пористого электропроводящего материала, например, стали, желеÄÄSUÄÄ 3560280 А1 и расширение его технологических возможностей. Мембрану формируют на электропроводящей подложке путем электрохимического инициирования полимеризации мономеров. В случае, когда полимерную пленку наносят на поверхность металлокерамики, после электролиза получают композиционную мембрану, которую можно сразу использовать в процессах разде.чения. При использовании в качестве подложки сплошной металлической пластины полученную полимерную пленку снимают с электрода, кратковременно выдерживая его в растворе соляной кислоты, и далее используют как обычную мембрану. Получение мембран таким методом может быть осуществлено как при постоянном напряжении, так и при постоянной плотности тока, что расширяет возможности способа. 1 з. п. ф-лы. за, алюминия, никеля, титана, кадмия, цинка, свинца углерода и др. Электролизную ван- иЫ ну подключают к источнику питания. Процесс ведут при потенциале (-1,1) — (-1,7) В,де или плотности тока 1 — 40 мА/см . Более низкие значения потенциала и плотности Ю тока использовать нецелесообразно, так как фф при этом зна чительно снижается скорость Q) формирования полимерной пленки и удли- ав няется время электролиза. Превышение же указанных режимов может приводить к разложению растворителя, выделению пузырьков газа на электроде, перфорации пленки и отрыву ее от подложки. В различных вариантах осуществления способа процесс ф электрополимеризации можно вести как при строго фиксированных значениях потенциала или плотности тока, так и при комбинированном режиме электролиза, сочетающем кратковременные (30 — 40 с) импульсы тока высокой плотности или потенциалов и более низкие их значения. Это позволяет

15б0280

35

Формула изобретения

55 ускорить процесс пленкообразования, сохранив хорошее качество мембраны. Затем через заданное время электролиза ванну отключают от источника питания, электрод с покрывающей его полимерной пленкой вынимают из ячейки, промывают водой. В том случае, если полимерную пленку наносили на поверхность металлокера мики, то после электролиза получается композиционная мембрана, которую можно сразу использовать как полупроницаемую в процессах ультрафильтрации или обратного осмоса. В таких композиционных мембранах полимер и металл прочно сцеплены друг с другом, поскольку электрополимеризация протекает не только на поверхности металлокерамического электрода, но и в его порах. Если же полимерную пленку осаждали на сплошной металлической пластине, то для того, чтобы получить мембрану, надо полимерную пленку отделить от поверхности электрода. Для этого электрод с пленкой на короткое время (0,5 — 2 мин) помещают в раствор соляной кислоты. При этом пленка отделится от поверхности металла и ее можно использовать в качестве мембраны.

Фильтрационные свойства получаемых методом электрохимического инициирования полимеризации мономеров полимерных пленок подтверждают следующие примеры.

Пример 1. В электролизную ванну наливают водный раствор мономеров (3 М акриламида, 7 М формальдегида, 0,05 М хлорида цинка), помещают платиновый анод и никелевый катод с рабочей поверхностью 20 см . Электролиз проводят при комнатной температуре при потенциале -1,4 В (относительно хлорсеребряного электрода) в течение !О мин. На поверхности никелевой пластины формируется равномерная полимерная пленка. Пленку снимают с металла, вырезают из нее фильтр нужного размера (8,5 см ) и формы и помещают в ячейку для ультрафильтрации.

Фильтруемый раствор — конго красный с концентрацией 225 мг/л. Перепад давления

4 кгс/см . В этих условиях испытуемая мембрана показывает производительность

3,4. 10 мл/мин. см, коэффициент проницаемости 0,86 ° 10 мл/мин.кгс, селективность 74,0О (концентрация конго красного в фильтрате 58 мг/л).

Пример 2. Состав электролизной ванны для получения ультрафильтрационной мембраны: 0,45 М акриловой кислоты, 3 М акрила мида, 3 М формальдегида, 0,3 М хлорида цинка. Анод — алюминий, катод никель с рабочей поверхностью 20 см . Потенциал электролиза — 1,2 В, время 30 мин.

На поверхности катода формируется полимерная пленка. Пленку снимают с металла, вырезают из нее фильтр площадью 8,5 см, помещают в ячейку для ультрафильтрации.

Фильтруемый раствор — конго красный с концентрацией 232 мг/л. Перепад давления

4 кгс/см . Производительность мембраны

4,52. 10 мл/мин см, коэффициентпроизводительности 1,13 10 мл/кгс, селективность разделения 99,1Я (концентрация конго красного в фильтрате 2 мг/л) .

Таким образом, в сравнении с прототипом преимущества заявляемого способа проявляются в его значительном упрощении за счет осуществления способа в одну стадию, сокращения времени, необходимого для формирования готовой к работе мембраны и исключения таких стадий, как сушка мембран в условиях повышенной температуры и влажности, что требует специального оборудования, выдержка мембраны, нанесение защитного покрытия на поверхность пленки. Способ обладает более широкими технологическими возможностями, поскольку предусматривает получение пленок на металлокерамической подложке и на сплошной металлической подложке. Он мо-. жет быть осуществлен в различных режимах: гальвано — и потенциостатическом.

Мембраны, полученные методом электрохимического инициирования полимеризации, после синтеза не требуют никакой дополнительной обработки. Они могут быть использованы как сразу после получения, так и после хранения. При этом, поскольку мембрана не изменяет своих характеристик после высушивания, хранить ее можно как в набухшем, так и в сухом состоянии.

1. Способ получения полупроницаемых мембран путем формирования на подложке полимерной пленки из раствора органичес ких веществ, при наложении на него электрического поля, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, подложку выполняют из электропроводящего материала и используют в качестве одного из электродов, а полимерную пленку формируют электрохимическим инициированием полимеризации виниловых мономеров в присутствии металла-комплексообразователя при потенциале !,1 — 1,7 В и плотности тока

1 — 40 мА/см .

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве виниловых мономеров используют акриламид и формальдегид в концентрации 3 — 7 моль/л или их сочетание с акриловой кислотой, винилацетатом, N - метиленбисакриламидом, а в качестве металла-комплексообразователя — хлорид цинка.