ES2230011T3 - Membrana compuesta de osmosis inversa y metodo de produccion de la misma. - Google Patents

Membrana compuesta de osmosis inversa y metodo de produccion de la misma.

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ES2230011T3 ES00117023T ES00117023T ES2230011T3 ES 2230011 T3 ES2230011 T3 ES 2230011T3 ES 00117023 T ES00117023 T ES 00117023T ES 00117023 T ES00117023 T ES 00117023T ES 2230011 T3 ES2230011 T3 ES 2230011T3
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Abstract

Membrana compuesta de ósmosis inversa que comprende un soporte poroso y una capa superficial de poliamida formada sobre el soporte poroso, en la que la capa superficial de poliamida se forma mediante la reacción de un compuesto aromático que tiene, por lo menos, dos grupos amino reactivos, con un compuesto de haluro de ácido polifuncional que tiene, por lo menos, dos grupos reactivos de haluro de ácido, y en la que la capa superficial de poliamida contiene bromo introducido en la capa superficial de poliamida mediante el tratamiento de la capa superficial de poliamida con una solución acuosa de cloro libre que contiene un compuesto de bromo.

Description

Membrana compuesta de ósmosis inversa y método de producción de la misma.
La presente invención da a conocer una membrana compuesta de ósmosis inversa para la separación selectiva de componentes en una mezcla líquida, y un método para la producción de la misma. Más específicamente, la presente invención da a conocer una membrana compuesta de ósmosis inversa que tiene una elevada propiedad de rechazo conseguida mediante una capa superficial basada en poliamida (a la que se hace referencia también como capa activa o capa delgada) sobre un soporte poroso, y asimismo a un método para producir esta membrana compuesta de ósmosis inversa.
Convencionalmente, se conoce una membrana compuesta de ósmosis inversa, en la que se forma una capa superficial (capa activa o capa delgada) para la separación selectiva sobre un soporte poroso, como una membrana de ósmosis inversa que tiene una estructura diferente a la de una membrana asimétrica de ósmosis inversa. Un ejemplo de este tipo es una membrana compuesta de ósmosis inversa que tiene una capa superficial de poliamida que se forma mediante polimerización interfacial entre una amina aromática polifuncional y un haluro de ácido aromático polifuncional sobre un soporte poroso (por ejemplo, las patentes japonesas No. JP 55-147106 A, JP 62-121603 A, JP 63-218208 A y JP 2-187135 A).
Algunas de las membranas compuestas convencionales de ósmosis inversa tienen excelentes rendimientos de desalinización, de permeabilidad del agua y de separación de sustancias iónicas. Sin embargo, las membranas compuestas convencionales de ósmosis inversa no tienen rechazo suficiente para compuestos orgánicos no electrolitos tales como el alcohol isopropílico (IPA). Además, las membranas compuestas convencionales de ósmosis inversa no tienen rechazo suficiente para sustancias que no se disocian en el rango de pH en el que se utilizan normalmente (por ejemplo, el boro). El IPA es una sustancia que se utiliza ampliamente en la industria de semiconductores y similares, y el boro es una sustancia problemática en la conversión de agua de mar en agua dulce. Por consiguiente, es deseable desarrollar una membrana compuesta de ósmosis inversa capaz de separar estas sustancias a altos niveles de rechazo.
La patente U.S.A-A 4.761.234 da a conocer una membrana compuesta semipermeable que comprende un substrato microporoso y una membrana ultradelgada recubierta sobre el substrato. Se prepara la membrana mediante policondensación interfacial de una solución acuosa que contiene una amina aromática que tiene, por lo menos, dos grupos de amina y una solución que contiene cloruro de ácido aromático. El material de la membrana es una poliamida aromática reticulada compuesta principalmente de anillos aromáticos no substituidos (no se consideran los grupos funcionales de carbonilo y de imida) y/o substituidos. Los sustituyentes opcionales incluyen, por ejemplo, cloro y bromo.
La patente U.S.A-A 5.368.889 da a conocer la formación de una membrana de poliamida a partir de una amina, opcionalmente sustituida y un haluro de ácido; se describen como "útiles" los sustituyentes tales como bromo.
La patente europea EP-A 0.432.358 da a conocer una membrana de ósmosis inversa que tiene un rechazo mejorado de ácido sulfúrico y/o isopropanol. Se prepara la membrana mediante tratamiento de una capa que discrimina poliamida reticulada, con un reactivo de amina, o mediante oxidación.
El documento "Patent Abstracts of Japan Vol. 016, No. 455 (1992)" da a conocer la preparación de una membrana de ósmosis inversa, sobre un soporte poroso, mediante la reacción de policondensación de una amina multifuncional y un haluro de ácido multifuncional. El disolvente puede ser un haloalcano orgánico tal como, por ejemplo, 1-bromopentano, 1-bromohexano.
Las realizaciones de la presente invención dan a conocer una membrana compuesta de ósmosis inversa que tiene excelente rendimiento de desalinización, de permeabilidad al agua y rendimiento de separación de sustancias iónicas, y es capaz de separar, con un alto rechazo, compuestos orgánicos no electrolitos y sustancias no disociadas en el rango de pH, en el que se utilizan normalmente con alto rechazo estas membranas compuestas de ósmosis inversa (en adelante, se hará referencia también a "sustancias no disociadas en el rango general de pH"), y un método para producir la membrana.
En un aspecto, la presente invención da a conocer una membrana compuesta de ósmosis inversa que incluye un soporte poroso y una capa superficial de poliamida que se forma sobre el soporte poroso, en la que la capa superficial de poliamida se forma mediante la reacción de un compuesto aromático que tiene, por lo menos, dos grupos amino reactivos, con un compuesto de haluro de ácido polifuncional que tiene, por lo menos, dos grupos reactivos de haluro de ácido, y la capa superficial de poliamida contiene bromo introducido en la capa superficial de poliamida mediante el tratamiento de la capa superficial de poliamida con una solución acuosa de cloro libre que contiene un compuesto de bromo.
Una membrana compuesta de este tipo de ósmosis inversa de la presente invención tiene excelentes rendimientos de desalinización, de permeabilidad al agua y de separación de sustancias iónicas, y es capaz de separar, con alto rechazo, compuestos orgánicos no electrolitos tales como el IPA, y sustancias no disociadas en el rango general de pH tales como el bromo.
En algunas realizaciones de la membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención, el bromo, contenido en la capa superficial de poliamida, puede estar presente en forma de átomos o iones de bromo. La capa superficial de poliamida contiene bromo, pero puede contener también otras sustancias. Sin embargo, cuando la capa superficial de poliamida tiene solamente cloro, no se mejora suficientemente el rechazo de los compuestos orgánicos no electrolitos y de las sustancias no disociadas en el rango general de pH. En una realización de la membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención, es preferente que la parte del compuesto aromático de la capa superficial de poliamida tenga bromo. Por ejemplo, se sustituye el átomo de hidrógeno por el átomo de bromo de modo que se una a un átomo de carbono del anillo aromático en el compuesto aromático.
En algunas realizaciones de la membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención, es preferente que la proporción (Br/N) del número de átomos de bromo (Br) respecto a los átomos de nitrógeno (N) no sea inferior a 0,1 ni superior a 1,0. Cuando esta proporción es de 0,1 o más, los compuestos orgánicos no electrolitos y las sustancias no disociadas en el rango general de pH se pueden separar con un rechazo más alto. Cuando la proporción es de 1,0 o menos, los compuestos orgánicos no electrolitos y las sustancias no disociadas en el rango general de pH se pueden separar con un rechazo más alto, aunque el flujo no es demasiado bajo y la presión funcional no es demasiada alta, lo que conlleva a tener ventajas económicas. Un rango más preferente de la proporción es no menos de 0,15 y no más de 0,7; y un rango más preferente es no menos de 0,2 y no más de 0,5. En la especificación, "flujo" se refiere a un volumen (m^{3}) de solución que permea a través de la membrana en un día por m^{2} del área de una superficie de la membrana. Se expresa el "rechazo" mediante la siguiente ecuación (1):
(1)Rechazo (%) = (1-(la concentración de la solución permeada/la concentración media de la solución alimentada)) x 100
En algunas realizaciones de la membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención, el rechazo del IPA a una temperatura de 25ºC, un pH de 6,5, y una presión funcional de 1,5 MPa es, por lo menos, de 98,5%, cuando se utiliza como solución de alimentación 0,3% en peso de solución acuosa del IPA. Cuando el rechazo del IPA es, por lo menos, de 98,5%, se puede reducir suficientemente la concentración del IPA en el agua permeada.
En algunas realizaciones de la membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención, el rechazo de la sal a una temperatura de 25ºC, un pH de 6,5, y un flujo de 0,6 m^{3}/m^{2}\cdotdía es, por lo menos, de 99%, cuando se utiliza como solución de alimentación 3,5% en peso de agua salada que contiene 5 ppm de boro, y el rechazo del boro es, por lo menos, de 85% bajo las mismas condiciones. El boro está presente en 4 a 5 mg/l aproximadamente en el agua de mar. En general, cuando la conversión del agua de mar en agua dulce se realiza mediante la utilización de una membrana de ósmosis inversa, se obtiene una proporción de recuperación (la cantidad del agua permeada /la cantidad del agua alimentada) del 40%. Cuando el rechazo del boro es de 85% o más en funcionamiento a una proporción de recuperación de 40%, la concentración del boro en el agua permeada es de 0,7 a 0,9 mg/l, cuando la concentración del boro en el agua de mar alimentada es de 4 a 5 mg/l. Esto se puede reducir adicionalmente a un nivel suficientemente bajo para agua potable. Más preferentemente, el rechazo del boro es de 88% o más (más preferentemente de 90% o más). En este caso, la concentración del boro en el agua permeada es de 0,6 a 0,7 mg/l. Se puede mantener esta realización a una concentración de boro suficientemente baja para agua potable, aunque se degrada el rendimiento por envejecimiento de la membrana y similares.
En otro aspecto, la invención da a conocer un método para producir una membrana compuesta de ósmosis inversa que incluye la formación de una capa superficial de poliamida sobre un soporte poroso mediante la reacción de un compuesto aromático que tiene, por lo menos, dos grupos amino reactivos con un haluro de ácido polifuncional que tiene, por lo menos, dos grupos reactivos de haluro de ácido, y el tratamiento de la capa superficial de poliamida con una solución acuosa de cloro libre que contiene un compuesto de bromo.
En algunas realizaciones, la concentración de cloro libre en la solución acuosa de cloro libre es de 1 a 100 mg/l. Cuando esta concentración es de 1 mg/l o más, se mejora adicionalmente el rechazo de la membrana resultante para compuestos orgánicos no electrolitos y sustancias no disociadas en el rango general de pH. Cuando dicha concentración es de 100 mg/l o menos, el flujo de la membrana resultante es aceptable. Es más preferente que la concentración de cloro libre esté en el rango de 5 a 50 mg/l.
Es preferente que la concentración de bromo en la solución acuosa de cloro libre esté en el rango de 0,5 a 100 mg/l. Cuando es de 0,5 mg/l o más, se mejora más aún el rechazo. Cuando es de 100 mg/l o menos, se evita la reducción del flujo. Es más preferente que la concentración del bromo esté en el rango de 1 a 50 mg/l.
Se puede preparar la solución acuosa de cloro libre que contiene bromo mediante, por ejemplo, la disolución de un compuesto de bromo y cloro libre en agua. El compuesto de bromo no está limitado a ningún compuesto específico, siempre y cuando se pueda disolver en agua. Ejemplos de compuestos de bromo incluyen bromuro de sodio, bromuro de potasio, bromuro de calcio, bromuro de magnesio, bromuro de amonio, bromuro de litio, bromuro de cadmio, bromuro de germanio, bromuro de cobalto, bromuro de estroncio, bromuro de cesio, bromuro de tungsteno, bromuro de hierro, bromuro de telurio, bromuro de cobre, bromuro de bario, bromuro de manganeso, bromuro de hidrógeno o similar. Entre ellos, es preferente la utilización de un compuesto de bromo de un metal álcali o un compuesto de bromo de un metal alcalinotérreo, y es más preferente un compuesto de bromo de un metal álcali.
El pH de la solución acuosa de cloro libre está, por ejemplo, en el rango de 4 a 11 aproximadamente. Es preferente que el pH sea de 4 o más, por que se evita que el cloro libre llegue a ser menos soluble. Es preferente que el pH sea de 11 o menos, por que se puede añadir más eficazmente el bromo a la capa superficial de poliamida. El pH está preferentemente en el rango de 4 a 6,8; y el más preferente es de 5 a 6,5.
Se puede preparar una solución acuosa de cloro libre de este tipo que contiene bromo, por ejemplo, mediante la adición de cloro libre al agua que contiene previamente bromo, tal como agua de mar o agua subterránea y, si es necesario, ajustar el pH al rango deseado.
En el método de producción de una membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención, la técnica para el proceso de tratamiento no está específicamente limitada. Por ejemplo, se puede realizar mediante la inmersión de la capa superficial de poliamida en la solución acuosa de cloro libre que contiene compuesto de bromo, y la aplicación de la solución acuosa de cloro libre que contiene compuesto de bromo a la capa superficial de poliamida, o similar. Además, es preferente que el tratamiento se realice bajo presión por su eficiencia de proceso. Por ejemplo, se puede realizar el tratamiento pasando la solución acuosa de cloro libre que contiene compuesto de bromo, a través de la capa superficial de poliamida sobre el soporte poroso bajo presión.
En el método de la presente invención, es preferente que una reducción en el flujo de la membrana compuesta de ósmosis inversa mediante este tratamiento sea, por lo menos, de 10% basada en el flujo previo al tratamiento. La reducción del flujo es preferentemente no menos de 20% y no más de 80%, y el más preferente es no menos de 25% y no más de 70%. Cuando la reducción del flujo es, por ejemplo, de 90% o menos, no existe ningún interés en que la presión funcional de la membrana compuesta de ósmosis inversa sea demasiado alta. Este hecho es ventajoso económicamente.
Tal como se ha descrito anteriormente, la membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención tiene excelentes rendimientos de desalinización, de permeabilidad del agua y de separación de sustancias iónicas, y puede separar, con un alto rechazo, compuestos orgánicos no electrolitos y sustancias que no se disocian en el rango de pH, en el que se utiliza normalmente la membrana compuesta de ósmosis inversa. Esta membrana compuesta de ósmosis inversa es adecuada para la producción de agua ultrapura, desalinización de agua de mar o agua salada, o similar. Además, se puede utilizar la membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención para eliminar o recuperar contaminantes o sustancias útiles contenidas en aguas residuales industriales, tales como agua residual teñida o agua residual de galvanización, que provoca contaminación ambiental. Por consiguiente, la membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención puede contribuir en los esfuerzos para detener el agua residual de ser vertida. Además, en el campo de la industria alimentaría y similar, se puede utilizar la membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención para la concentración de componentes útiles, tratamiento del agua tales como la eliminación de componentes tóxicos del agua del grifo o agua residual. En particular, en la producción de agua ultrapura, es posible eliminar el IPA contenido en la solución de alimentación con un alto rechazo. En la desalinización del agua de mar, no solamente es posible eliminar los sólidos disueltos totales (TDS) en el agua de mar, sino que también es posible eliminar el boro, con un alto rechazo, que es difícil de eliminar por que no está ionizado en el rango general de pH, de modo que se puede producir agua potable en una sola etapa de tratamiento con membrana de ósmosis inversa.
Estas y otras ventajas de la presente invención serán aparentes a los expertos de la técnica mediante la lectura y la comprensión de la siguiente descripción detallada.
Se produce una membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención, por ejemplo, mediante la reacción de un compuesto aromático que tiene, por lo menos, dos grupos amino reactivos, con un haluro de ácido polifuncional que tiene, por lo menos, dos grupos reactivos de haluro de ácido, de modo que se forma una capa superficial de poliamida sobre un soporte poroso, y tratando la capa superficial de poliamida presente sobre el soporte poroso, con una solución acuosa de cloro libre que contiene compuesto de bromo. En esta aplicación, se utiliza el término bromo para indicar átomo o ión de bromo en lugar de molécula de bromo.
El compuesto aromático que tiene, por lo menos, dos grupos amino reactivos (en adelante, se refiere también a "amina polifuncional") no está limitado a un compuesto específico, y puede ser, por ejemplo, m-fenilendiamina, p-fenilendiamina, 1,3,5-triaminobenceno, 1,2,4-triaminobenceno, ácido 3,5-diaminobenzóico, 2,4-diaminotolueno, 2,4-diaminoanisol, amidol, xililendiamina, o similar. Se pueden utilizar preferentemente, m-fenilendiamina, p-fenilendiamina o triaminobenceno. Entre ellos, la m-fenilendiamina o triaminobeceno son más preferentes.
En la presente invención, se añade un átomo de bromo a la capa superficial de poliamida. Se puede realizar esta adición de un átomo de bromo antes o después de la reacción con el compuesto de haluro de ácido polifuncional. Sin embargo, es preferente añadir un átomo de bromo después de la reacción por su reactividad con el compuesto de haluro de ácido polifuncional. Se puede añadir un átomo de cloro a la capa superficial de poliamida, aunque no es necesario.
Adicionalmente, se pueden utilizar estas aminas aromáticas polifuncionales en combinación con aminas polifuncionales alifáticas o alicíclicas. Ejemplos de tales aminas polifuncionales alifáticas incluyen etilendiamina, propilendiamina, y tris(2-aminoetil)amina. Ejemplos de tales aminas polifuncionales alicíclicas incluyen 1,3-diaminociclohexano, 1,2-diaminociclohexano, piperazina de 1,4-diaminociclohexano, 2,5-dimetilpiperazina, y 4-aminometilpiperazina.
El haluro de ácido polifuncional (en adelante, se refiere también a "haluro de ácido") no está específicamente limitado, y puede ser, por ejemplo, haluros de ácido polifuncional aromáticos, alifáticos o alicíclicos. Preferentemente, se pueden utilizar haluros de ácido polifuncional aromáticos.
Ejemplos de haluros de ácido polifuncional aromáticos incluyen cloruro de ácido trimésico, cloruro de ácido tereftálico, cloruro de ácido isoftálico, cloruro de ácido bifenildicarboxílico, dicloruro de ácido naftalendicarboxílico, cloruro de ácido bencenotrisulfónico, cloruro de ácido bencenodisulfónico, y cloruro de ácido clorosulfonilbenceno dicarboxílico. Entre ellos, los compuestos aromáticos monocíclicos son preferentes.
Ejemplos de haluros de ácido polifuncional alifáticos incluyen cloruro de ácido propanotricarboxílico, cloruro de ácido butanotricarboxílico, cloruro de ácido pentanotricarboxílico, haluro de glutarilo, y haluro adipoilo.
Ejemplos de haluros de ácido polifuncional alicíclicos incluyen cloruro de ácido ciclopropano tricarboxílico, cloruro de ácido ciclobutano tricarboxílico, cloruro de ácido ciclopentano tricarboxílico, cloruro de ácido ciclopentano tetracarboxílico, cloruro de ácido ciclohexano tricarboxílico, cloruro de ácido tetrahidrofurano tetracarboxílico, cloruro de ácido ciclopentano dicarboxílico, cloruro de ácido ciclobutano dicarboxílico, cloruro de ácido ciclohexano dicarboxílico, y cloruro de ácido tetrahidrofurano dicarboxílico.
El soporte poroso no está limitado a un tipo específico, siempre y cuando se pueda soportar la capa superficial de poliamida. Por ejemplo, se pueden utilizar poliarilétersulfona tal como polisulfona y poliétersulfona, poliimida, fluoruro de polivinilideno, o similar. De todos los citados anteriormente, una membrana soportada porosa fabricada con polisulfona o poliarilétersulfona es preferente por su estabilidad química, mecánica y térmica. Generalmente, este soporte poroso tiene un espesor de 25 a 125 \mum aproximadamente, preferentemente de 40 a 75 \mum aproximadamente, aunque el espesor no está necesariamente limitado a ello.
A continuación, se forma la capa superficial de poliamida, basada en poliamida reticulada, sobre el soporte poroso mediante polimerización interfacial entre el componente amina polifuncional y el componente haluro de ácido. Por ejemplo, se aplica una solución que contiene el componente amina polifuncional sobre el soporte poroso, para formar una primera capa, y luego se aplica una solución que contiene el componente haluro de ácido en la primera capa para formar una segunda capa en la primera capa. Por consiguiente, la policondensación interfacial tiene lugar de manera que se forma, sobre el soporte poroso, una membrana delgada (capa superficial de poliamida) hecha de poliamida reticulada.
La solución que contiene la amina polifuncional puede contener adicionalmente una pequeña cantidad de polímero tal como alcohol polivinílico, polivinilpirrolidona, ácido poliacrílico o similar, o alcohol polihídrico tal como sorbitol, glicerina o similar, para facilitar la producción de la membrana o para mejorar el rendimiento de la membrana compuesta de ósmosis inversa resultante.
Adicionalmente, se puede añadir un compuesto que tiene un parámetro de solubilidad (descrito en la patente japonesa JP 8-224452A) de 8 a 14 (cal/cm^{3})^{1/2}, a la solución que contiene el componente amina polifuncional o la solución que contiene el componente haluro de ácido o ambos, con el propósito de incrementar el flujo. El parámetro de solubilidad se refiere a una cantidad definida por (\DeltaH/V)^{1/2} (cal/cm^{3})^{1/2}, en la que el calor de evaporación molar de un líquido es \DeltaH cal/mol, y el volumen molar es V cm^{3}/mol. Ejemplos de sustancias de este tipo que tienen un parámetro de solubilidad incluyen alcoholes, éteres, cetonas, ésteres, hidrocarburos halogenados, y compuestos que contienen azufre, y se describen ejemplos específicos de los mismos en la patente japonesa JP 8-224452A.
Se pueden añadir también la sal de amina descrita en la patente japonesa JP 2-187135A, por ejemplo, una sal de haluro de tetraalquilamonio o trialquilamina, y ácidos orgánicos, a la solución que contiene amina polifuncional o a la solución que contiene un componente haluro de ácido o ambos, porque una sal de este tipo facilita la producción de la membrana, mejora la capacidad de absorción de la solución de amina al soporte, y acelera la reacción de
condensación.
La solución que contiene amina polifuncional o la solución que contiene un componente haluro de ácido o ambos, puede contener un tensoactivo tal como sulfonato sódico de dodecilbenceno, dodecilsulfato sódico, laurilsulfato sódico o similar. Estos tensoactivos tienen el efecto de mejorar la humectabilidad y facilita la absorción de la solución que contiene amina polifuncional, sobre el soporte poroso.
Para acelerar la reacción de policondensación en la interfase, es útil añadir, como catalizador, hidróxido sódico o fosfato sódico tribásico, que pueden eliminar haluro de hidrógeno producido en la reacción interfacial, a la solución que contiene amina polifuncional o a la solución que contiene un componente de haluro de ácido o ambos, o utilizar un catalizador de acilación o similar.
Las concentraciones del haluro de ácido y de la amina polifuncional en la solución que contiene haluro de ácido y la solución que contiene amina polifuncional no están específicamente limitadas. La concentración del haluro de ácido es generalmente de 0,01 a 5% en peso, preferentemente de 0,05 a 1% en peso, y la concentración de la amina polifuncional es generalmente de 0,1 a 10% en peso, preferentemente de 0,5 a 5% en peso.
De esta manera, se recubre el soporte poroso con la solución que contiene amina polifuncional, y luego se recubre con la solución que contiene un compuesto polifuncional de haluro de ácido. A continuación, se elimina la solución sobrante, luego se calienta para secar, generalmente, a una temperatura de 20 a 150ºC aproximadamente, preferentemente de 70 a 130ºC aproximadamente durante 1 a 10 minutos aproximadamente, preferentemente de 2 a 8 minutos aproximadamente, para formar de esta manera una membrana delgada permeable al agua hecha de poliamida reticulada. Generalmente, el espesor de esta membrana delgada es de 0,05 a 2 \mum aproximadamente, preferentemente de 0,10 a 1 \mum.
A continuación, se trata un laminado (una membrana compuesta), cuando se forma la capa superficial de poliamida sobre el soporte poroso, con una solución acuosa de cloro libre que contiene compuesto de bromo. Tal como se ha descrito anteriormente, es preferente realizar este tratamiento bajo presión. Dicha presión está en el rango de, por ejemplo, 0,1 a 20 MPa, preferentemente de 0,2 a 10 MPa, y más preferentemente de 0,5 a 6 MPa.
Por consiguiente, se produce la membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención. Se confirma que, por ejemplo, mediante análisis de espectroscopia de electrón (ESCA), la capa superficial de poliamida en la membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención contiene bromo.
Ejemplos
A continuación, se describirá la presente invención más específicamente mediante ejemplos y ejemplos comparativos.
Ejemplo 1
Se ha aplicado una solución acuosa que contiene m-fenilendiamina (3% en peso), laurilsulfato sódico (0,25% en peso), trietilamina (2% en peso) y ácido alcanfor sulfónico (4% en peso), sobre un soporte poroso (membrana de ultrafiltración basada en polisulfona). A continuación, se ha eliminado la solución acuosa sobrante de modo que se ha formado sobre el soporte una capa de la solución acuosa. Luego, se ha aplicado en dicha capa una solución de isooctano que contiene cloruro de ácido trimésico (0,1% en peso) y cloruro de ácido isoftálico (0,15% en peso), y luego se ha mantenido dicha capa en un horno a 120ºC durante 3 minutos de modo que se ha formado sobre el soporte poroso una membrana polimérica delgada (capa superficial de poliamida). Por consiguiente, se ha obtenido una membrana compuesta. En esta membrana compuesta, el espesor medio del soporte poroso fue de 50 \mum, y el espesor medio de la capa superficial de poliamida fue de 0,2 \mum. Entretanto, se han disuelto cloro libre (20 mg/l) y bromuro sódico (10 mg/l, la cantidad de bromo fue de 7,8 mg/l) en agua pura, para preparar así una solución acuosa de cloro libre que contiene compuesto de bromo (pH alrededor de 5,2). Se ha pasado esta solución a través de la membrana compuesta a una presión funcional de 1,5 MPa durante 30 minutos, de modo que se ha obtenido la membrana compuesta de ósmosis inversa deseada.
Cuando se evaluó el rendimiento de dicha membrana compuesta de ósmosis inversa a 25ºC, pH 6,5, y a una presión funcional de 1,5 MPA, utilizando una solución acuosa del IPA de 0,3% en peso como solución de alimentación, el rechazo del IPA fue de 99,1% y el flujo fue de 0,3 m^{3}/m^{2}\cdotdía. La reducción en el flujo para esta membrana fue de 50%, en comparación con el del ejemplo comparativo 1, que se describirá a continuación. Cuando se analizó esta membrana compuesta de ósmosis inversa mediante ESCA para los elementos constituyentes, la proporción (Br/N) de los átomos de bromo (Br) respecto a los átomos de nitrógeno (N) fue de 0,3.
Ejemplo comparativo 1
Se ha aplicado una solución acuosa que contiene m-fenilendiamina (3% en peso), laurilsulfato sódico (0,25% en peso), trietilamina (2% en peso) y ácido alcanfor sulfónico (4% en peso), sobre un soporte poroso (membrana de ultrafiltración basada en polisulfona). A continuación, se ha eliminado la solución acuosa excedente de modo que se ha formado sobre el soporte una capa de solución acuosa. Además, se ha aplicado en esta capa una solución de isooctano que contiene cloruro de ácido trimésico (0,1% en peso) y cloruro de ácido isoftálico (0,15% en peso). Se ha sujetado el soporte poroso en un horno a 120ºC durante 3 minutos de modo que se ha formado sobre el soporte poroso una membrana polimérica delgada (capa superficial de poliamida). Por consiguiente, se ha obtenido una membrana compuesta de ósmosis inversa. En esta membrana compuesta, el espesor medio del soporte poroso y el espesor medio de la capa superficial de poliamida fueron idénticos a los de la membrana compuesta del ejemplo 1. Entretanto, se ha disuelto cloro libre a una concentración de 20 mg/l en agua pura para obtener una solución acuosa de cloro libre. Se ha pasado esta solución a través de la membrana compuesta de ósmosis inversa a una presión funcional de 1,5 MPa durante 30 minutos.
Cuando se analizó dicha membrana compuesta de ósmosis inversa mediante ESCA para los elementos constituyentes, no se ha detectado presencia de bromo y la proporción (Br/N) fue de 0. Cuando se evaluó la membrana compuesta de ósmosis inversa a 25ºC, pH 6,5, y a una presión funcional de 1,5 MPa, utilizando una solución acuosa del IPA a 0,3% en peso como solución de alimentación, el rechazo del IPA fue de 98% y el flujo fue de 0,6 m^{3}/m^{2}\cdotdía.
Ejemplos 2, 3 y 4
Se han producido membranas compuestas de ósmosis inversa de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto que se ha variado el pH de la solución acuosa de cloro libre que contiene compuesto de bromo. Se han analizado las membranas compuestas de ósmosis inversa con respecto al rechazo del IPA y a la proporción (Br/N) de la misma manera que en el ejemplo 1. La tabla 1 muestra los resultados.
TABLA 1
1 
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Ejemplo 5
Se ha formado una membrana compuesta de la misma manera que en el ejemplo 1, y se ha procesado en un módulo espiral (un diámetro de 201 mm y una longitud de 1016 mm). Se ha pasado una solución acuosa con un pH de 6,0 que contiene cloro libre (20 mg/l) y bromuro sódico (20 mg/l), a través del módulo espiral a una presión funcional de 1,5 MPa durante 30 minutos, de modo que se ha obtenido un módulo espiral de una membrana compuesta de ósmosis inversa deseada. Cuando se evaluó el rendimiento de dicho módulo espiral a 25ºC, pH 6,5, un flujo de 0,6 m^{3}/m^{2}\cdotdía y una recuperación de 12% utilizando 3,5% en peso de agua salada que contiene 5 ppm de boro como solución de alimentación, la presión funcional fue de 6,6 MPa, el rechazo de la sal fue de 99,7% y el rechazo del boro fue de 92% (la concentración del boro en el agua permeada fue de 0,4 mg/l). Cuando se ha desmontado dicho módulo espiral y se ha analizado la membrana compuesta de ósmosis inversa mediante ESCA para los elementos constituyentes, la proporción (Br/N) fue de 0,24.
Ejemplo comparativo 2
Se ha procesado la membrana compuesta de ósmosis inversa obtenida en el ejemplo comparativo 1 en un módulo espiral (un diámetro de 201 mm y una longitud de 1016 mm). Se ha pasado una solución acuosa de cloro libre (20 mg/l, pH 7), a través del módulo espiral a una presión funcional de 1,5 MPa durante 30 minutos. Cuando se ha evaluado el rendimiento de dicho módulo espiral a 25ºC, pH 6,5, un flujo de 0,6 m^{3}/m^{2}\cdotdía y una recuperación de 12%, utilizando 3,5% en peso de agua salada que contiene 5 ppm de boro como solución de alimentación, la presión funcional fue de 5,5 MPa, el rechazo de la sal fue de 99,7% y el rechazo del boro fue de 84% (la concentración de boro en el agua permeada fue de 0,9 mg/l).
Ejemplo 6
Se han conectado en serie seis módulos espirales del ejemplo 5. Se ha evaluado el rendimiento de dicha serie de módulos espirales a un flujo de 0,5 m^{3}/m^{2}\cdotdía y una recuperación de 40% utilizando, como solución de alimentación, agua de mar (3,7% de sólidos disueltos totales (TDS) en agua de mar, una concentración de boro de 4,7 mg/l, un pH de 6,3 y una temperatura de 19ºC). Los resultados fueron los siguientes: la presión funcional fue de 7,1 MPa, el rechazo de TDS fue de 99,9% y el rechazo de boro fue de 94% (la concentración de boro en el agua permeada fue de 0,3
mg/l).
Ejemplo comparativo 3
Se han conectado en serie seis módulos espirales del ejemplo comparativo 2. El rendimiento de dicha serie de módulos espirales se evaluó bajo las mismas condiciones que en el ejemplo 6. Los resultados fueron los siguientes: la presión funcional fue de 6,2 MPa, el rechazo de TDS fue de 99,8% y el rechazo del boro fue de 88% (la concentración de boro en el agua permeada fue de 0,7 mg/l).
Ejemplos 7 y 8
Se han producido membranas compuestas de ósmosis inversa de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto que se ha variado la concentración del compuesto de bromo contenido en la solución acuosa de cloro libre. Se han analizado las membranas compuestas de ósmosis inversa para la proporción (Br/N) y el rendimiento de la misma manera que en el ejemplo 1. La tabla 2 muestra los resultados.
2
Tal como se ha reflejado en los resultados anteriores, la membrana compuesta de ósmosis inversa de la presente invención tiene un rechazo muy alto de compuestos orgánicos no electrolitos tales como el IPA o de sustancias no disociadas, en el rango general de pH, tales como el boro.

Claims (10)

1. Membrana compuesta de ósmosis inversa que comprende un soporte poroso y una capa superficial de poliamida formada sobre el soporte poroso, en la que la capa superficial de poliamida se forma mediante la reacción de un compuesto aromático que tiene, por lo menos, dos grupos amino reactivos, con un compuesto de haluro de ácido polifuncional que tiene, por lo menos, dos grupos reactivos de haluro de ácido, y en la que la capa superficial de poliamida contiene bromo introducido en la capa superficial de poliamida mediante el tratamiento de la capa superficial de poliamida con una solución acuosa de cloro libre que contiene un compuesto de bromo.
2. Membrana compuesta de ósmosis inversa, según la reivindicación 1, en la que la parte del compuesto aromático de la capa superficial de poliamida tiene bromo.
3. Membrana compuesta de ósmosis inversa, según la reivindicación 1 ó 2, en la que la proporción (Br/N) del número de átomos de bromo (Br) respecto a los átomos de nitrógeno (N) de los grupos amino es no menos de 0,1 y no más de 1,0.
4. Membrana compuesta de ósmosis inversa, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el rechazo del alcohol isopropílico a una temperatura de 25ºC, un pH de 6,5, y una presión funcional de 1,5 MPa es, por lo menos, de 98,5% cuando se utiliza como solución de alimentación 0,3% en peso de una solución acuosa de alcohol isopropílico.
5. Membrana compuesta de ósmosis inversa, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el rechazo de la sal a una temperatura de 25ºC, un pH de 6,5, y un flujo de 0,6 m^{3}/m^{2}\cdotdía es, por lo menos, de 99% cuando se utiliza, como solución de alimentación, 3,5% en peso de agua salada que contiene 5 ppm de boro, y el rechazo de boro es, por lo menos, de 85% bajo aquellas condiciones.
6. Método para producir una membrana compuesta de ósmosis inversa, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende la formación de una capa superficial de poliamida sobre un soporte poroso mediante la reacción de un compuesto aromático que tiene, por lo menos, dos grupos amino reactivos, con un compuesto haluro de ácido polifuncional que tiene, por lo menos, dos grupos reactivos de haluro de ácido, y el tratamiento de la capa superficial de poliamida con una solución acuosa de cloro libre que contiene un compuesto de bromo.
7. Método para producir una membrana compuesta de ósmosis inversa, según la reivindicación 6, en el que la concentración de cloro libre en la solución acuosa de cloro libre es de 1 a 100 mg/l y/o el pH de la solución acuosa de cloro libre está en el rango de 4 a 6,8.
8. Método para producir una membrana compuesta de ósmosis inversa, según la reivindicación 6 ó 7, en el que la concentración de bromo en la solución acuosa de cloro libre es de 0,5 a 100 mg/l.
9. Método para producir una membrana compuesta de ósmosis inversa, según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que se realiza el tratamiento bajo presión.
10. Método para producir una membrana compuesta de ósmosis inversa, según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que el flujo de la membrana compuesta de ósmosis inversa se reduce mediante el tratamiento, por lo menos, a un 10% del flujo previo al tratamiento.
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