DD280468A1

DD280468A1 - Kernspurmembran fuer die querstromfiltration und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DD280468A1
Application number: DD32649089A
Authority: DD
Inventors: Hans B Lueck
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 1990-07-11

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Querstromfiltration und betrifft insbesondere den strukturellen Aufbau der Kernspurmembran. Das Einsatzgebiet der erfindungsgemaessen Kernspurmembran liegt hauptsaechlich im Bereich der Biotechnologie, der Wein- und Saftherstellung, der Aufarbeitung von Abwaessern der chemischen Industrie und der Rueckgewinnung von Werkstoffen. Mit der Erfindung soll eine symmetrische Kernspurmembran fuer die Querstromfiltration mit erhoehter Filtrationsrate und sicherer Handhabung sowie ein mit geringem Aufwand realisierbares Herstellungsverfahren geschaffen werden. Erfindungsgemaess wird dies durch eine Kernspurmembran geloest, die im Inneren einen nahezu zylindrischen Porenabschnitt von mindestens 50% der Membrandicke besitzt, waehrend sich die Poren zu beiden Oberflaechen hin konisch bis maximal zum dreifachen des inneren Durchmessers erweitern. Auf diese Weise wird eine Membran geschaffen, die bei einer Porositaet von etwa 10% im inneren Porenabschnitt die bekannten Trenneigenschaften besitzt und gleichzeitig an der Oberflaeche eine wesentlich hoehere Oberflaechen-Porositaet aufweist. Zur Herstellung der erfindungsgemaessen Kernspurmembran wird das Ausgangsmaterial mit hochenergetischen Ionen beschossen und in einer ersten chemischen Aetzung der konische Teil der Poren hergestellt, wobei die Aetzung unterbrochen wird bevor sich die beiden aufeinander zuwachsenden konischen Aetzgruben vereinen. Danach wird der verbleibende Teil der latenten Teilchenspur zwischen den Aetzgruben sensibilisiert, und anschliessend der nahezu zylindrische Teil der Pore im Inneren der Folie ausgeaetzt.

Description

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Kernspurmembran für die Querstromfiltration soll folgende Parcrneter besitzen:

Membrandicke: 15pm Trennwirksamer Porendurchmesser: 0,2 pm Porosität im zylindrischen Porenabschnitt: 8% Porendichte: 2,56x10⁸/cm² Länge des zylindrischen Porenabschnitts: 12 pm Effektive Oberflächenporosität: 40% Porendurchmosseran der Oberfläche: 0,50pm Die Herstellung einer solchen Membran aus 15pm dicker Polyesterfolie kann z. B. durch Bestrahlung der Folie an einem Tandembeschleuniger mit Siliziumionen erfolgen. Dazu wird die Polyesterfolie in bekannter Weise während der Bestrahlung in

einer Vakuumkammer umgewickelt und dabei mit einem Strahl von Siliziumionen mit 745MeV beschossen. Zur Erzeugung einergleichmäßigen Porendichte wird der Ionenstrahl senkrecht zur Bewegungsrichtung der Folie über das Folienband hin- undhergeführt.

Der konische Teil der Poren wird durch eine erste chemische Ätzung mit 5 η Natronlauge bei 70⁰C hergestellt. Die Spurätzrate

beträgt unter diesen Bedingungen 0,75 pm/min und die radiale Ätzrate 0,4 pm/min.

Bei einer Ätzdauer von 3min werden auf beiden Seiten 1,5 pm tiefe Ätzgruben mit einem Durchmesser von 0,24 pm erzeugt. Vor

der zweiten Ätzung werden die latenten Spuren 2 min in Dimethylformamid bei 70°C sensibilisiert.

Die zweite Ätzung mit 5n Natronlauge bei 7O⁰C dauert 3,25min. Die Spurätzrate beträgt unter diesen Bedingungen 8,0pm/min. Die weitere Verarbeitung dor Membran erfolgt in bekannter Weise. Es soll eine Kernspurmembran für die Querstromfiltration mit folgenden Parametern hergestellt werden: Membrandicke: 9pm Trennwirksamer Porendurchmesser: 0,1 pm Porosität im zylindrischen Porenabschnitt: 10% Porendichte: 1,3 χ 10Vcm² Länge des zylindrischen Porenabschnitts: 5,25pm Effektive Oberflächenporosität: 33% Porendurchmesser an der Oberfläche: 0,2 pm

Die Bestrahlung wird am Tandembeschleuniger mit Bromionen von 40MeV durchgeführt. Die Dauer der ersten Ätzung beträgt 1,25min bei einer Spurätzrate von 1,5pm/min. Nach der Serisibilisierung wird die Folie nochmals 1,3 min geätzt. Die Spurätzrate beträgt 50 pm/min.

Claims

1. Kernspurmembran für die Querstromfiltration, insbesondere für die Mikro- und Ultrafiltration, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannten durchgehenden, nahezu zylindrischen Poren zu beiden Oberflächen hin konisch erweitert sind, wobei die Länge des inneren zylindrischen Teiles mindestens 50% der Membrandicke, und der erweiterte Durchmesser an den Oberflächen maximal das Dreifache des inneren Porendurchmessers beträgt.

2. Verfahren zur Herstellung einer Kernspurmernbran für die Querstromfiltration durch Beschüß mit Ionen, Sensibilisierung der latenten Spuren und deren chemische Ätzung, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die beidseitigen konischen Teile der Poren in einer ersten chemischen Ätzung hergestellt werden, daß danach durch ein Sensibilisierungsverfahren die Spurätzrate erhöht, und anschließend der nahezu zylindrische innere Porenabschnitt ausgeätzt wird.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Querstromfiltration und betrifft insbesondere den strukturellen Aufbau der Kernspurmembran. Das Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Kernspurmembran liegt hauptsächlich im Bereich der Biotechnologie, der Wein- und Saftherstellung, der Aufarbeitung von Abwässern der chemischen Industrie und der Rückgewinnung von Werkstoffen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Kernspurmembranen können nach den bekannten Verfahren aus dielektrischem Material hergestellt werden, indem z. B. eine Polymerfolie mit hocheriergetischen Ionen beschossen wird und die so erzeugten, ggfs. sensibilisierten Teilchenspuren im Folienmaterial chemisch aufgeätzt werden. Auf diese Weise erhält man nahezu zylindrische durchlaufende Poren, deren Durchmesser von den Ätzbedingungen bestimmt wird. Die Porosität der Membranen beträgt in der Regel nicht wesentlich mehr als 10%, da mit wachsender Porosität immer mehr Doppel- und Mehrfachporen entstehen. In den Patentschriften DD-PS 238468 und DD-PS 239067 werden KernspurmeiTibranen beschrieben, die auf einer Seite eine wesentlich höhere Porosität aufweisen, die durch eine zusätzliche Bestrahlung mit hoher Teilchendichte erreicht wird. Diese erhöhte Oberflächenporosität gewährleistet bei der Querstromfiltration eine verbesserte Drainage der sich auf der Membran aufbauenden Deckschicht und führt damit zu einer verbesserten Filtrationsrate gegenüber einer Kernspurmembran mit 10% Porosität. Nachteilig wirkt sich bei diesen Membranen der große Bestrahlungsaufwand aus, der zur Erzeugung der hohen Porendichte notwendig ist. Ein weiterer Nachteil dieser asymmetrischen Kernspurmeinbranen besteht darin, daß es für den Anwender praktisch nicht möglich ist, die hochporöse Seite mit dem unbewaffneten Auge zu erkennen. Eine Identifizierung der beiden Seiten ist aufgrund der kleinen Porendurchmesser in der Regel nur mit einem Rasterelektronenmikroskop möglich.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Kernspurmembran für die Querstromfiltration mit erhöhter Filtrationsrate, sicherer Handhabung und einem geringen Herstellungsaufwand.

Darlegung dos Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine symmetrisch Kernspurmembran mit erhöhter Oberflächenporosität unter Beibehaltung der geforderten Trenneigerschaften und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kernspurmembran gelöst, die im Inneren einen nahezu zylindrischen Porenabschnitt von mindestens 50% der '/ismbrandicke besitzt, während sich die Poren zu beiden Oberflächen hin konisch bis maximal zum dreifachen des inneren D^rchi lessors erweitern. Auf diese Weise wird eine Membran geschaffen, die aufgrund ihrer zylindrischen Porenform im Inneren bei siner Porosität von etwa 10% in diesem Porenabschnitt die bekannten Trenneigenschaften besitzt und gleichzeitig durch die konischo Öffnung an der Oberfläche eine wesentlich höhere Oberflächen-Porosität aufweist.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kernspurmembran wird das Ausgangsmaterial in an sich bekannter Weise mit hochenergetischen Ionen zur Erzeugung latenter Teilchenspuren beschossen. Danach wird als erstes der konische Teil der Poren durch eine chemische Ätzung hergestellt. Die Ätzung wird unterbrochen bevor sich die beiden aufeinander zuwachsenden konischen Ätzgruben vereinen. Anschließend wird der verbleibende Teil der latenten Teilchenspur zwischen den Ätzgruben in an sich bekannter Weise sensibilisiert, so daß bei der zweiten chemischen Ätzung die Spurätzrate deutlich höhe liegt als bei der ersten chemischen Ätzung und der nahezu zylindrische Teil der Pore im Inneren der Folie ausgeätzt wird. Der trennwirksame Porendurchmesser der erfindungsgemäßem Membran entspricht dem Durchmesser di ; zylindrischen Abschnitts der Poren, während die Oberflächenporosität vom Durchmesser der konischen Erweiterung bei mmt wird. Durch eine entsprechende Wahl der Bestrahlungs- und Ätzbedingungen ksnn auf diese Weise eine Kernspur' nembran mit einer Porosität von etwa 10% oder weniger im trennwirksamon Bereich und einer weitgehend unabhängig davon einstellbaren, erhöhten Oberflächenporosität hergestellt werden.