CS247833B1 - Kompozice pro přípravu heterogenních ionexových membrán - Google Patents

Abstract

Řešení se týká kompozice pro přípravu heterogenních ionexových membrán používaných v elektrochemických separačních procesech jako elektrodialýza nebo membránová elektrolýza jako semipermeabilní diafragmata. Kompozice pro heterogenní ionexové membrány sestává z mikročástic ionexové fáze dispergovaných v pojivu na bázi polyetylénu nebo polypropylenu a obsahuje kromě toho 1 až 25 % hmot. ataktického polypropylenu. Výroba kompozitních membrán tohoto druhu spočívá v tom, že základní polyolefinické inertní pojivo pro ionexový praeh s obsahem ataktického polypropylenu v množství 1 až 25 % hmot. s výhodou 3 až 10 % hmot., se zhomogenlzuje na kalandru nebo v hnětači a při teplotě 75 až 160 °C a po zamíchání ionexové složky se zpracuje v membránovou kompozici s obsahem 60 až 70 % hmot. iontoměničových částic. Tato kompozice se potom se formě membránového listu z kalandru použije pro přípravu membrány, lisováním nebo ve formě zlomků, drti či granulátu se zpracuje na nanášecím stroji na nekonečný membránový pás.

Description

Vynález se týká kompozice pro přípravu heterogenních ionexových membrán používaných v elektrochemických separačních procesech jako je elektrodialýza nebo membránová elektrolýza jako semipermeabilní diafragmata.

Inexové membrány nacházejí v poslední době řadu významných uplatnění v laboratoři i v průmyslovém měřítku, κ nej známějším aplikacím patří elektromechanické odsolování mořských nebo brakických vod, dělení elektrolytů od neelektrolytů, čištění farmaceutických preparátů, uplatněni v hydrometalugrli uranu a v jaderné technice.

Vedle heterogenních membrán sestávajících z ionexových částic obklopených inertním pojivém jsou známé ještě membrány homogenní sestávající pouze z ionexové fáze. Jejich výroba je poměrně komplikovaná a je potřeba zvláštních opatření ke zlepšení jejich mechanických vlastností. Výroba heterogenních membrán je značně jednodušší a může navázat na zavedenou výrobu ionexových pryskyřic.

V současné době se heterogenní membrány vyrábějí převážně z polymerních ionexů na bázi kopolymerů styren-divinylbenzen, které se ve formě ionexového prachu mísí na kalandru s inert ním polymerním pojivém a po zpracování na membránovou kompozici se ve formě listů vytahují membrány, které se do konečné formy mohou upravovat lisováním přetržitým nebo nepřetržitým způsobem.

Vlastnosti připravených membrán jsou výrazně ovlivněny jak distribucí velikostí částic a kvalitou ionexu, tak zpracovatelskými vlastnostmi a pevnostními charakteristikami polymerní inertní fáze. Podstatnou funkční vlastností těchto membrán je schopnost provádět migraci jen jedné species iontů, tj. bud kationtů nebo aniontů, která výrazně určuje účinnost procesu

Důležitou úlohou je vytvoření vhodných podmínek pro splnění průchodu iontů membránou. Jedním z rozhodujících faktorů je velikost částic měniče iontů. Bylo dokázáno, že zmenšuje-li se velikost částic ionexu v membráně, rychlost migrace iontů stoupá a současně klesá specifický ódpor membrány.

Dosud jsou proto membrány vyráběny z mikročástic polymerních i nepolymerních ionexů o velikosti 1 až 81 um, které jsou různými pochody dispergovány v inertním termoplastickém pojivu. Jsou vytvářeny jednoúčelové polymerní systémy, případně kompozice, které svými vlastnostmi splňují podmínky pro přípravu zvoleného typu membrány.

Jako přídavný materiál, upravující zpracovatelské vlastnosti polymeru je někdy používán kaučukový polymer jako je například polyisobutylen.

Při vytváření podmínek pro dobrou funkci membrány mají významnou funkci mikropory vytvořené kolem částic ionexu v průběhu procesu aktivace membrány. Jejich vznik, vhodné rozměry a správnou funkci v procesu využití membrány lze výrazně ovlivnit úpravou složení pojivové fáze.

Předmětem vynálezu je kompozice pro heterogenní ionexové membrány sestávající z mikročástic ionexové fáze dispergovaných /v množství 60 až 75 % hmot., vztaženo na součet hmot. množství ionexové fáze a pojivá/ v pojivu na bázi polyetylénu nebo polypropylenu, vyznačující se tím, že pojivo obsahuje kromě polyetylénu nebo polypropylenu 1 až 25 % hmot. ataktického polypropylenu.

» Výroba kompozitních membrán tohoto druhu spcfčívá v tom, že základní polyolefinické inertní pojivo pro ionexový prach s obsahem ataktického polypropylenu v množství 1 až 25 % hmot., s výhodou 3 až 10 S hmot. se zhomogenizuje na kalandru nebo v hnětači při teplotě až 160 °C a po zamíchání ionexové složky se zpracuje v membránovou kompozici s obsahem až 70 % hmot. iontoměničových částic.

Tato kompozice se potom ve formě membránového listu z kalandru použije pro přípravu membrány, lisováním nebo ve formě zlomků, drti či granulátu se zpracuje na nanášecím stroji na nekonečný membránový pás.

Výhody takto připraveného materiálu spočívají nejen v náhradě kaučukovitého typu polymerů polyisobutylenu polyolefinickým plastickým ataktickým polypropylenem, ale především v řízeném účelném složení pojivové složky, která plní rozhodující funkci při dosahování vysokých výkonových parametrů membrány.

Vyššího účinku se dosahuje úpravou zpracovatelských a hlavně funkčních vlastností mem9 bránové kompozice, která spočívá v dosažení dokonalé smáčivosti částic iontoměniče při homogenizaci, která následně vede při aktivaci membrány k vytváření dokonalé mikrostruktury umožňující intimní styk prostředí s částicemi ionexu výrazně podporující migraci iontů.

Dosažení dokonalého smočení částic inertním pojivém v průběhu výroby komposice zlepšuje rovněž stálost vlastností kompozice před následným zpracováním do formy membrány vzhledem ke ztíženému přístupu vzdušné vlhkosti k jednotlivým částicím.

Nemalou předností je možnost jednoduché úpravy jak funkčních tak zpracovatelských vlastností kompozic s ohledem na změnu parametrů některých surovin nebo volbu technologie přípravy membrány kontinuálním nebo diskontinuálním způsobem.

Změna hmot. obsahu ataktického polypropylenu ve zpracovávané směsi při změně střední velikosti částic iontoměniče v rozsahu desítek /um umožní při zvětšení sumárního povrchu částic zachovat podmínky dokonalého smočení částic i jejich funkčnost v membráně.

Také úprava tokových vlastností kompozic při volbě tlakových a tepelných podmínek technologie výroby je výrazně zlepšena možností zvýšení nebo snížení hmot. obsahu ataktického polypropylenu.

V souvislosti s požadavkem rozměrové stálosti a tuhosti membrán je běžně prováděno jejich vyztužení armovací síňkou. Úprava složení membránové kompozice podporuje rovněž dokonalé propojení hmoty membrány s podpůrným materiálem a zaručuje tak zlepšení mechanických vlastností membrán i po nabotnání.

V dalším je způsob výroby kompozic pro heterogenní membrány blíže objasněn, ne však omezen, příklady provedení.

Příklad 1

Membránová kompozice byla připravena z izotaktického polypropylenu /označení Mosten 59492/ a ataktického polypropylenu /označení APP-S-H5OO/ v poměru 9:1 kalandrováním při teplotě 150 °C. Po dokonalé homogenizaci bylo přimíšeno 60 % hmot. mletého iontoměniče katexového typu na bázi sulfonovaného kopolymeru styren-divinylbenzenu /Ostion KS/ o velikosti částic pod 50 /um. Při stejné teplotě byla po homogenizaci heterogenní směsi připravena kalandrovaná fólie tlouštky 0,7 mm, specifického odporu 102 JL cm vhodná k dalšímu zpracování na membránu.

Příklad 2

Vysokomolekulární isotaktický polypropylen /Mosten 55 212/ byl zhomogenizován na kalandru při teplotě 160 °C na homogenní směs s ataktickým popylropylenem /APP-S-H500/. Obsah APP ve směsi byl 20 % hmot. Po přimíšení ionexového prachu /Ostion KS/ v množství 70 % hmot. ve směsi a dokonalé homogenizaci byla z vytažené fólie připravena lisováním membrána tlouštky 0,6 mm, specifického odporu ^Rs “ 49 JL. cm a dělicích vlastností charakterizovaných selektivitou 92 %.

Příklad 3

Kopolymer polyetylen-polypropylen o vysoké molekulové hmotnosti /index toku taveniny 0,6/ byl homogenizován s 10 % hmot. ataktického polypropylenu /APP-S-H500/ a po přidáni celkem 65 % hmot. anexového prachu o velikosti částic do 44 ^um /silně bazický iontoměnič - styren divinylbenzenového typu - Ostion AT/ byla připravena anexová membrána. Její specifický odpor R_g » 132 Λ. cm, selektivita P =· 91 %.

Příklad 4

Vysokotlaký polyetylén /Bralen FB4/ byl postupem podle příkladu 1 při teplotě 105 až 110 °C zpracován na katexovou membránu tlouštky 0,6 mm, specifického odporu 130 Jtcm a selektivity 94 %. Membrána byla použita pro dlouhodobý provoz elektrodialyzéru.

Příklad 5

Lineární polyetylén /LITEN/ byl zpracován na membránu podle postupu uvedeného v př. 2. Vyrobená fólie tlouštky 0,7 mm má specifický odpor 64 Jt cm a selektivitu 93 %.

Příklad 6

Vysokotlaký polyetylén /Bralen FB4/ byl použit pro přípravu kompozic s obsahem 20 % APP. Po zpracování na směs s obsahem 65 % hmot. anexového prachu /Ostion AT/ a velikostí částic 5 až 35^um byla tato kompozice použita pro přípravu nekonečného membránového pásu.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Kompozice pro heterogenní ionexové membrány sestávající z mikročástic ionexové fáze dispergovaných v pojivu na bázi polyetylénu nebo polypropylenu, vyznačující se tím, že pojivo obsahuje kromě polyetylénu nebo polypropylenu 1 až 25 % hmot. ataktického polypropylenu.