Способ получения осажденной мембраны


 


Владельцы патента RU 2613990:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)

Изобретение относится к области фильтрации и может быть использовано для разделения и очистки коллоидных систем и растворов методом микро-, ультра- и нанофильтрации. Способ получения осажденной мембраны путем пропускания суспензии через пористую подложку с образованием селективного слоя, при этом в качестве суспензии используют бентонит, диспергированный в водном растворе диаллилдиметиламмония хлорида, в соотношении по сухому веществу (0,5-1,0)-1,5⋅10-6, при этом образование селективного слоя на пористой подложке с размером пор от 0,1 мкм до 5,0 мкм осуществляют в режиме рециркуляции при давлении 0,2-0,3 МПа до осветления суспензии с последующим уплотнением селективного слоя путем повышения давления до 0,3-0,4 МПа в течение 10-20 минут. Технический результат - повышение эффективности очистки.

 

Предлагаемое изобретение относится к области фильтрации и может быть использовано для разделения и очистки коллоидных систем и растворов методом микро-, ультра- и нанофильтрации.

Известен способ получения осажденной мембраны путем пропускания водной суспензии оксида графита концентрацией 0,01% через пористую подложку с образованием селективного слоя, который высушивают при комнатной температуре, после чего производят повторные пропускания суспензии до нанесения 6-10 селективных слоев на подложку (Дытнерский, Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. - Москва: Химия, 1978, с. 82-83).

Недостатком описанного способа является низкая эффективность очистки, обусловленная невысокой механической прочностью селективного слоя мембраны.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ изготовления фильтрующего элемента путем пропускания суспензии через пористую подложку с размером пор, равным 0,5-2,0 мкм, с образованием селективного слоя. При этом в качестве суспензии используют гематит, диспергированный до концентрации не более 1 г/л в водном растворе FeCl3 с концентрацией не более 1 г/л до достижения удельной плотности 40-80 мкг гематита на 1 см2 в пересчете на железо (Патент RU №2104760, МПК B01D 69/14, опубл. 1998).

Недостатком описанного способа является низкая эффективность очистки при ограниченной области применения очистки коллоидных систем вследствие образования неустойчивого селективного слоя, разрушающегося при колебаниях рН очищаемой системы и создающего возможность вторичного загрязнения соединениями железа за счет восстановления железа (III).

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности очистки при расширении области применения.

Для достижения указанного технического результата в способе получения осажденной мембраны путем пропускания суспензии через пористую подложку с образованием селективного слоя, в качестве суспензии используют бентонит, диспергированный в водном растворе диаллилдиметиламмония хлорида, в соотношении по сухому веществу (0,5-1,0)-1,5⋅10-6, при этом образование селективного слоя на пористой подложке с размером пор от 0,1 мкм до 5,0 мкм осуществляют в режиме рециркуляции при давлении 0,2-0,3 МПа до осветления суспензии с последующим уплотнением селективного слоя путем повышения давления до 0,3-0,4 МПа в течение 10-20 минут.

Повышение эффективности очистки при расширении области применения вследствие образования устойчивого селективного слоя осажденной мембраны, обладающего сорбционной способностью в отношении коллоидных систем и растворов, содержащих ионы, в частности, тяжелых металлов, достигается тем, что в качестве суспензии используют бентонит, диспергированный в водном растворе диаллилдиметиламмония хлорида, в соотношении по сухому веществу (0,5-1,0)-1,5⋅10-6, при этом образование селективного слоя на пористой подложке с размером пор от 0,1 мкм до 5,0 мкм осуществляют в режиме рециркуляции при давлении 0,2-0,3 МПа до осветления суспензии с последующим уплотнением селективного слоя путем повышения давления до 0,3-0,4 МПа в течение 10-20 минут.

Использование бентонита, диспергированного в водном растворе диаллилдиметиламмония хлорида (полиДАДМАХ), в соотношении по сухому веществу (0,5-1,0)-1,5⋅10-6 является оптимальным. Уменьшение количества бентонита в соотношении менее 0,5 не целесообразно, так как приводит к формированию слоя низкой селективности вследствие увеличения размера пор. Увеличение количества бентонита в соотношении более 1,0 не целесообразно, так как приводит к формированию селективного слоя, характеризующегося высоким гидравлическим сопротивлением. Использование полиДАДМАХ в соотношении в количестве менее 1,5⋅10-6 не целесообразно, так как приводит к неполному связыванию частиц бентонита, увеличению размера пор, возникновению дефектов, в частности, образованию пустот в структуре селективного слоя и, как следствие, к снижению эффективности очистки. Увеличение полиДАДМАХ в соотношении более 1,5⋅10-6 не целесообразно, так как приводит к его необоснованному перерасходу.

Давление 0,2-0,3 МПа, при котором осуществляют образование селективного слоя на пористой подложке до полного осветления суспензии, является оптимальным. Проведение процесса до неполного осветления суспензии при давлении менее 0,2 МПа не целесообразно, так как приводит к недостаточному формированию селективного слоя мембраны и, как следствие, к снижению эффективности очистки. Проведение процесса после полного осветления суспензии при давлении более 0,3 МПа не целесообразно, так как приводит к повышению энергоемкости процесса и продавливанию селективного слоя в структуру пористой подложки.

Использование пористой подложки с размером пор от 0,1 до 5,0 мкм является оптимальным. Использование подложки с размером пор менее 0,1 мкм не целесообразно, так как при этом снижается проницаемость осажденной мембраны и повышаются гидравлические сопротивления подложки и селективного слоя, увеличивая энергоемкость процесса формирования осажденной мембраны. Использование подложки с размером пор более 5,0 мкм не целесообразно, так как образованный селективный слой характеризуется большой неоднородностью и значительным количеством неселективных пор, снижающих эффективность очистки.

Повышение давления до 0,3-0,4 МПа в течение 10-20 минут для уплотнения селективного слоя является оптимальным. Уплотнение при давлении менее 0,3 МПа в течение менее 10 минут не целесообразно, так как не позволяет устранить остаточные дефекты в структуре селективного слоя, снижая эффективность очистки. Уплотнение при давлении свыше 0,4 МПа в течение более 20 минут не целесообразно, так как приводит к повышению энергоемкости процесса, продавливанию селективного слоя в структуру пористой подложки или разрушению селективного слоя.

Способ получения осажденной мембраны осуществляется следующим образом.

Пропускают суспензию через пористую подложку с размером пор от 0,1 мкм до 5,0 мкм с образованием селективного слоя. В качестве суспензии используют бентонит, диспергированный в водном растворе диаллилдиметиламмония хлорида, в соотношении по сухому веществу (0,5-1,0)-1,5⋅10-6. Применение бентонита - природного глинистого минерала, обладающего свойством набухать при гидратации, и полиДАДМАХ обусловлено способностью формирования в водной среде устойчивой пористой структуры.

При этом образование селективного слоя осуществляют в режиме рециркуляции при давлении 0,2-0,3 МПа до осветления суспензии с последующим уплотнением селективного слоя путем повышения давления до 0,3-0,4 МПа в течение 10-20 минут. Получают селективный слой, характеризующийся устойчивостью и способностью извлечения из воды загрязнений как в коллоидной, так и ионной формах.

Сущность предлагаемого способа поясняется следующими примерами:

Пример 1.

Пропускают суспензию через пористую подложку, в качестве которой используют пористый полипропиленовый микрофильтр площадью, равной 0,65 см2, с размером пор, равным 5 мкм. В качестве суспензии используют бентонит, диспергированный в водном растворе полиДАДМАХ, в соотношении по сухому веществу 1-1,5⋅10-6, и образование селективного слоя осуществляют в режиме рециркуляции при давлении 0,2-0,3 МПа до осветления суспензии с последующим уплотнением селективного слоя путем повышения давления до 0,3-0,4 МПа в течение 20 минут. После чего через осажденную мембрану пропускают раствор соли железа, например, сульфата железа или сульфата железа(III)-аммония, с концентрациями, равными 2, 6, 10 мг/л (по железу), при изменении рН раствора от 5,5 до 8,5. В фильтрате определяют содержание железа фотометрическим методом с сульфосалициловой кислотой. Значение эффективности очистки рассчитывают как разницу между исходной концентрацией очищаемой системы и концентрацией в фильтрате, отнесенную к исходной концентрации. Получены следующие результаты: при очистке от Fe3+ с начальной концентрацией 2 мг/л и рН, равной 6,5, эффективность очистки составила 80%, при очистке от Fe3+ с начальной концентрацией 6 мг/л и рН, равной 6,4, эффективность составила 68,3%, при очистке от Fe3+ с начальной концентрацией 10 мг/л и рН, равной 6,5, эффективность составила 63,4%, при очистке от Fe3+ с начальной концентрацией 2 мг/л и рН, равной 5,5, эффективность составила 78,4%, при очистке от Fe3+ с начальной концентрацией 6 мг/л и рН, равной 8,5, эффективность составила 82,4%, при очистке от Fe2+ с начальной концентрацией 2 мг/л и рН, равной 5,5, эффективность составила 77%. Данный пример показывает, что применение осажденной мембраны, полученной по предлагаемому способу, приводит к повышению устойчивости селективного слоя осажденной мембраны при колебании рН очищаемой воды.

Пример 2.

Пропускают суспензию через пористую подложку, в качестве которой используют пористый керамический микрофильтр площадью, равной 10 см2, с размером пор, равным 0,1-1,5 мкм. В качестве суспензии используют бентонит, диспергированный в водном растворе полиДАДМАХ, в соотношении по сухому веществу 0,5-1,5⋅10-6 и образование селективного слоя осуществляют в режиме рециркуляции при давлении 0,2-0,3 МПа до осветления суспензии с последующим уплотнением селективного слоя путем повышения давления до 0,3-0,4 МПа в течение 10-15 минут. Затем через осажденную мембрану пропускают раствор соли железа, например, сульфата железа, с концентрациями 2, 10 мг/л (по железу) и растворы соли марганца и свинца. В фильтрате определяют содержание железа, марганца и свинца фотоколориметрическим методом. В частности, при использовании пористой подложки с размером пор 1,5 мкм получены следующие результаты: при очистке от Fe2+ с начальной концентрацией 10 мг/л и рН, равной 6,5, эффективность очистки составила 74,4%, при очистке от Μn2+ с начальной концентрацией 2 мг/л и рН, равной 6,8, эффективность очистки составила 40%. При использовании пористой подложки с размером пор 0,1 мкм получены следующие результаты: при очистке от Mn2+ с начальной концентрацией 10 мг/л и рН, равной 6,5, эффективность очистки составила 65,2%, от Pb2+ с начальной концентрацией 0,5 мг/л и рН, равной 6,5, эффективность очистки составила 71%, при очистке от Fe2+ с начальной концентрацией 2 мг/л и рН, равной 6,7, эффективность очистки составила 80,1%, при очистке от Fe2+ с начальной концентрацией 10 мг/л и рН, равной 6,5, эффективность очистки составила 78%. Данный пример показывает, что применение осажденной мембраны, полученной по предлагаемому способу, приводит к эффективной очистке, как коллоидных систем, так и растворов.

Таким образом, использование предлагаемого способа приводит к повышению эффективности очистки при расширении области применения вследствие образования устойчивого селективного слоя осажденной мембраны, обладающего сорбционной способностью в отношении коллоидных систем и растворов, содержащих ионы, в частности, тяжелых металлов.

Способ получения осажденной мембраны путем пропускания суспензии через пористую подложку с образованием селективного слоя, отличающийся тем, что в качестве суспензии используют бентонит, диспергированный в водном растворе диаллилдиметиламмония хлорида, в соотношении по сухому веществу (0,5-1,0)-1,5⋅10-6, при этом образование селективного слоя на пористой подложке с размером пор от 0,1 мкм до 5,0 мкм осуществляют в режиме рециркуляции при давлении 0,2-0,3 МПа до осветления суспензии с последующим уплотнением селективного слоя путем повышения давления до 0,3-0,4 МПа в течение 10-20 минут.



 

Похожие патенты:

Изобретение касается мембран для микрофильтрования. Мембрана для микрофильтрования содержит микропористый материал, где указанный микропористый материал содержит: (a) полиолефиновую матрицу, присутствующую в количестве по меньшей мере 2 мас.%; (b) тонкоизмельченный, твердый, по существу нерастворимый в воде силикагелевый наполнитель, распределенный по всему объему указанной матрицы, где указанный наполнитель составляет от около 10 до около 90 процентов веса субстрата указанного микропористого материала, и массовое отношение между наполнителем и полиолефином больше 4:1, и (c) по меньшей мере 35 об.% сети соединяющихся пор, проходящих через весь объем микропористого материала.

Изобретение касается микропористых материалов, которые могут применяться в мембранах для фильтрования и адсорбции, и к их применению в способах очистки текучих потоков.

Изобретение относится к каталитическим материалам, обладающим высокой активностью в различных химических реакциях, а также длительным сроком службы. Каталитические материалы состоят из особых гибридных сочетаний неорганических/полимерных соединений, содержащих наночастицы металлов, и могут легко использоваться повторно с пренебрежимо малым выщелачиванием катализаторов.

Изобретение относится к технологии получения мембран, в частности первапорационных композитных мембран, и может быть использовано в устройствах для разделения смесей компонентов с помощью первапорации или нанофильтрации.

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способам изготовления герметичных, динамических мембран криволинейной формы, например для гидроаккумуляторов, и может найти применение в авиадвигателестроении.

Изобретение относится к пасте, пригодной для трафаретной печати, для получения пористой полимерной мембраны, которая может быть использована в электрохимических сенсорах, особенно в биосенсорах, предпочтительно для интегральной подготовки проб цельной крови.

Изобретение относится к технике разделения суспензий в центробежном поле и 2 позволяет повысить герметичность крепления мембраны. .

Изобретение относится к мембранным устройствам разделения для применения в процедурах обработки крови. Устройство фильтрации крови содержит: цилиндрический корпус; внутренний элемент, установленный внутри корпуса; пористую мембрану, расположенную на расстоянии от стенки корпуса или поверхности внутреннего элемента с образованием кольцевого зазора между ними, при этом корпус и внутренний элемент могут вращаться друг относительно друга; впуск для направления цельной крови, в кольцевой зазор, первый выпуск для направления плазмы, проходящей через мембрану в контейнер для сбора; и второй выпуск для направления из кольцевого зазора оставшихся компонентов крови, причем устройство дополнительно содержит область высокой перфузии, покрытую мембраной, и непроточную область и содержит радиальный выступ, который отделяет область высокой перфузии от непроточной области.

Группа изобретений относится к области медицины и может быть использована для получения высококонцентрированной плазмы. Устройство для извлечения высококонцентрированной плазмы из цельной крови содержит: шприц; пробирку для центрифугирования, которая присоединена к шприцу с целью центрифугирования цельной крови, находящейся в первом шприце; и мембранный фильтр для удаления воды или содержащего воду компонента, имеющего размер меньше заданного диаметра частиц, посредством мембраны из плазмы.

Изобретение относится к способу и устройству для рецикла сбросной воды, содержащей суспензию, из процесса обработки полупроводников, в частности из процесса химико-механической полировки.

Изобретение относится к области разделения, концентрирования и очистки растворов методами микрофильтрации, ультрафильтрации, осмофильтрации и может быть использовано в химической, текстильной, микробиологической, медицинской, пищевой и других областях промышленности.

Изобретение относится к способу и устройству для очистки питьевой воды. Способ осуществляют в устройстве (2) для очистки питьевой воды с резервуаром (4) для воды для приема подлежащей очистке питьевой воды (6), насосом (8) для транспортировки воды и блоком (10) мембранного фильтра, который имеет подвод (12) воды, мембранный фильтр (14), водоспуск (16) чистой воды и водоспуск (18) промывной воды.

Изобретение относится к бытовым устройствам для фильтрации артезианской воды, воды колодцев, естественных водоемов, городского водопровода. .

Изобретение относится к области ультра- и микрофильтрации жидкостей и может быть использовано в медицине, фармацевтике, биотехнологии, химической, пищевой промышленности и машиностроении.

Изобретение относится к конструкции мембранных ультра-микрофильтрационных элементов (МФРЭ), предназначенных для очистки технических и природных жидкостей от взвешенных в них частиц, коллоидов и бактерий.

Изобретение относится к мембранным трубчатым элементам и способам их получения для осуществления микро-, ультра-, нано- и диафильтрации в перекрестно-точном режиме.

Изобретение относится к молочной промышленности. Осуществляют сбор сыворотки.
Наверх