ES2715317T3 - Membrana de osmosis inversa excepcionalmente resistente a la contaminación y método para su producción - Google Patents
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Abstract
Una membrana de ósmosis inversa, que comprende: un soporte poroso; una capa activa de poliamida formada sobre el soporte poroso; y una capa de recubrimiento que incluye un copolímero que incluye un compuesto iónico anfótero y (met)acrilato de glicidilo en una relación equivalente de 0,01 a 7 : 0,05 a 3, la capa de recubrimiento forma un enlace químico con la capa activa de poliamida, en donde el compuesto iónico anfótero es un compuesto representado por la siguiente Fórmula Química 1 o un compuesto representado por la siguiente Fórmula Química 2.**Fórmula** en las Fórmulas Químicas 1 y 2, R1 representa H o un grupo alquilo C1-10, R2 representa O, NH, S o PH, cada uno de R3, R4, R5, R6 y R7 representa independientemente hidrógeno o un grupo alquilo C1-5, n1 representa un número entero de 1 a 8, y n2 representa un número entero de 1 a 4.
Description
DESCRIPCION
Membrana de osmosis inversa excepcionalmente resistente a la contaminacion y metodo para su produccion
Campo tecnico
La presente invencion se refiere a una membrana de osmosis inversa y a un metodo para su fabricacion, y mas particularmente, a una membrana de osmosis inversa que incluye una capa de recubrimiento que incluye un copolimero de un compuesto ionico anfotero y metacrilato de glicidilo en la superficie de la membrana y que tiene buenas propiedades antiincrustantes, y un metodo de fabricacion de la misma.
Antecedentes del estado de la tecnica
El fenomeno de un disolvente que se mueve entre dos soluciones aisladas a traves de una membrana semipermeable de una solucion que tiene una concentracion mas baja de un soluto con respecto a otra solucion, que tiene una concentracion mas alta de un soluto, se conoce como un fenomeno osmotico. En este caso, la presion que actua sobre la solucion, incluida la mayor concentracion del soluto debido al movimiento del disolvente, se conoce como presion osmotica. Cuando se aplica presion externa, que tiene un nivel mas alto que la presion osmotica, el disolvente puede moverse hacia la solucion, que tiene la concentracion mas baja del soluto. Este fenomeno se conoce como una osmosis inversa. La membrana semipermeable puede separar varias sales y materiales organicos utilizando un gradiente de presion como fuerza motriz utilizando el principio de osmosis inversa. Se puede usar una membrana de separacion por osmosis inversa que utiliza el fenomeno de osmosis inversa para separar materiales a escala molecular y eliminar sales de una salmuera o agua de mar para suministrar agua disponible para uso domestico, comercial e industrial.
Los ejemplos tipicos de la membrana de separacion por osmosis inversa pueden incluir una membrana de separacion por osmosis inversa de poliamida. La membrana de separacion por osmosis inversa de poliamida se puede fabricar formando una capa activa de poliamida sobre un soporte de poros diminutos. Mas particularmente, el soporte de poros diminutos puede formarse elaborando una capa de polisulfona sobre una tela no tejida para formar el soporte de poros diminutos, formando una capa de m-fenilendiamina (mPD) sumergiendo el soporte de poros diminutos en una solucion acuosa de mPD, y sumergiendo el soporte en un disolvente organico de cloruro de trimesoilo (TMC) para hacer contacto con la capa de mPD y TMC para llevar a cabo la polimerizacion interfacial para formar una capa de poliamida.
Recientemente, con el fin de aumentar la durabilidad y las propiedades antiincrustantes de una membrana de osmosis inversa, para mejorar su rendimiento, se ha sugerido un metodo de copolimerizacion mediante injerto de un monomero de vinilo sobre la superficie de una capa activa de poliamida (publicacion de patente de Estados Unidos N° 20090308804) y un metodo para introducir particulas inorganicas tales como TiO2 en una capa activa de poliamida (patente de Estados Unidos N° 6.551.536), etc. Sin embargo, de acuerdo con los metodos descritos anteriormente, los efectos que se pueden obtener de ellos son triviales, o el grosor de la membrana de osmosis inversa puede aumentar debido a las multiples capas de recubrimiento laminadas. Por lo tanto, la funcion de purificacion de agua puede deteriorarse y el proceso de fabricacion puede ser complicado.
El documento WO 2010/086852 A1 divulga una membrana de osmosis inversa que comprende: un soporte poroso; y una capa activa de poliamida formada sobre el soporte poroso. La membrana esta recubierta con un copolimero que incluye un compuesto ionico anfotero y (met)acrilato de glicidilo, haciendo la capa de recubrimiento un enlace quimico con la capa activa de poliamida.
Divulgacion
Problema tecnico
Un aspecto de la presente invencion proporciona una membrana de osmosis inversa que tiene buenas propiedades antiincrustantes y un espesor relativo, mientras mantiene una funcion de purificacion de agua que incluye el rechazo de sal y el flujo de permeacion.
Solucion tecnica
De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, se proporciona una membrana de osmosis inversa, que comprende: un soporte poroso; una capa activa de poliamida formada sobre el soporte poroso; y una capa de recubrimiento que incluye un copolimero que incluye un compuesto ionico anfotero y (met)acrilato de glicidilo en una relacion equivalente de 0,01 a 7 : 0,05 a 3, formando la capa de recubrimiento un enlace quimico con la capa activa de poliamida, en donde el compuesto ionico anfotero es un compuesto representado por la siguiente Fórmula Química 1 o un compuesto representado por la siguiente Fórmula Química 2.
Fórmula Química 1
Fórmula Química 2
En las formulas quimicas 1 y 2, Ri representa H o un grupo alquilo C1-10, R2 representa O, NH, S o PH, cada uno de R3 , R4 , R5 , R6 y R7 representa independientemente hidrogeno o un grupo alquilo C1-5, n1 representa un numero entero de 1 a 8, y n2 representa un numero entero de 1 a 4.
La capa de recubrimiento puede incluir un copolimero que incluye el compuesto ionico anfotero, (met)acrilato de glicidilo, metacrilato de poli(etilenglicol) y el dimetacrilato de poli(etilenglicol).
De acuerdo con otra realizacion de la presente invencion, se proporciona un metodo para fabricar una membrana de osmosis inversa, que comprende formar una capa de recubrimiento tratando un soporte poroso que incluye una capa activa de poliamida con una solucion acuosa que incluye un copolimero que incluye un compuesto ionico anfotero y (met)acrilato de glicidilo, en donde una relacion equivalente del compuesto ionico anfotero y el (met)acrilato de glicidilo es de 0,01 a 7 : 0,05 a 3, en donde el compuesto ionico anfotero es un componente representado por la siguiente Fórmula Química 1 o compuesto representado por la siguiente Fórmula Química 2
Fórmula Química 1
Fórmula Química 2
en las formulas quimicas 1 y 2, Ri representa H o el grupo alquilo C1-10, R2 representa O, NH, S o PH, cada uno de R3 , R4 , R5 , R6 y R7 representa independientemente hidrogeno o un grupo alquilo C1-5, n1 representa un numero entero de 1 a 8, y n2 representa un numero entero de 1 a 4.
En este caso, la solucion acuosa puede incluir el copolimero en un 0,0001% en peso a un 10% en peso, y el tratamiento se puede llevar a cabo mediante un proceso de inmersion.
Otras realizaciones se divulgan en las reivindicaciones dependientes.
Efectos ventajosos
La membrana de osmosis inversa en ejemplos de realizaciones tiene una funcion equivalente o mejor de purificacion de agua y buenas propiedades antiincrustantes en comparacion con una membrana de osmosis inversa comun. Ademas, dado que la capa de recubrimiento en ejemplos de realizaciones forma un enlace quimico con una capa de poliamida en la superficie de la membrana de osmosis inversa, la capa de recubrimiento no puede deslaminarse y puede tener una buena durabilidad.
Mejor modo
Realizaciones de ejemplo de la presente invencion se describiran ahora en detalle.
Los inventores de la presente invencion han emprendido investigaciones para desarrollar una membrana de osmosis inversa que tiene buenas propiedades antiincrustantes y durabilidad sin deteriorar las propiedades de purificacion del agua, y han logrado la presente invencion formando una capa de recubrimiento que incluye un compuesto ionico anfotero y (met)acrilato de glicidilo sobre una capa activa de poliamida.
Una membrana de osmosis inversa incluye un soporte poroso (1), una capa activa de poliamida (2) y una capa de recubrimiento (3).
Como soporte poroso (1), se puede usar una tela no tejida que incluye una capa de recubrimiento de un material polimerico formado sobre la misma. El material polimerico puede incluir, por ejemplo, polisulfona, polietersulfona, policarbonato, oxido de polietileno, poliimida, polieterimida, polieter eter cetona, polipropileno, polimetilpenteno, cloruro de polimetilo, fluoruro de polivinilideno, etc., sin limitacion. Particularmente, la polisulfona se puede usar preferiblemente.
La capa (2) activa de poliamida puede formarse mediante una polimerizacion interfacial de un compuesto de amina y un compuesto de haluro de acilo. En este caso, el compuesto de amina puede incluir, por ejemplo, m-fenilendiamina, p-fenilendiamina, 1,3,6-bencenotriamina, 4-cloro-1,3-fenilendiamina, 6-cloro-1,3-fenilendiamina, 3-cloro-1,4-fenilendiamina, o una mezcla de los mismos, sin limitacion. Ademas, el compuesto de haluro de acilo puede incluir, por ejemplo, cloruro de trimesoilo, cloruro de isoftaloilo, cloruro de tereftaloilo, o una mezcla de los mismos, sin limitacion. La capa (3) de recubrimiento se caracteriza por incluir un compuesto ionico anfotero y un (met)acrilato de glicidilo. En este caso, el compuesto ionico anfotero es electricamente neutro, sin embargo, incluye tanto un grupo cargado cationicamente como un grupo cargado anionicamente, y se usa para mejorar la hidrofilicidad de la superficie de la membrana de osmosis inversa. Al incluir el compuesto ionico anfotero en la capa de recubrimiento en la superficie de la membrana de osmosis inversa, la energia de la superficie de la membrana de osmosis inversa se puede aumentar por los grupos cargados presentes en el compuesto ionico anfotero para mejorar la hidrofilicidad. El aumento de la hidrofilicidad debido a la introduccion del compuesto ionico anfotero puede ser notablemente mas alto que la hidrofilicidad de la propia capa activa de poliamida. Por lo tanto, la permeabilidad al agua de la membrana de osmosis inversa puede mejorarse, y la adsorcion de un material incrustante, en particular, puede evitarse un material biologico organico, sobre la superficie de la membrana de osmosis inversa para mejorar un efecto antiincrustante.
El compuesto ionico anfotero usado en el presente concepto inventivo puede incluir cualquier compuesto que incluya un grupo cargado cationicamente y un grupo cargado anionicamente en una molecula, sin limitacion. En este caso, el grupo cargado cationicamente puede incluir un grupo amonio, un grupo fosfonio, etc., y el grupo cargado anionicamente puede incluir un grupo ácido sulfonico, un grupo fosfato, un grupo acetato, etc.
El compuesto ionico anfotero es un compuesto representado por la siguiente formula quimica 1 o un compuesto representado por la siguiente Fórmula Química 2.
Fórmula Química 1
Formula Quimica 2
En las Fórmulas Químicas 1 y 2, Ri representa H o un grupo alquilo C1-10, preferiblemente, H o metilo,
R2 representa O, NH, S o PH,
cada uno de R3 , R4 , R5 , R6 y R7 representa independientemente hidrogeno o un grupo alquilo C1-5, preferiblemente un grupo alquilo C1-3, y lo mas preferiblemente, metilo,
n representa un numero entero de 1 a 8, preferiblemente, un numero entero de 2 a 8, y
n2 representa un numero entero de 1 a 4, preferiblemente, un numero entero de 2 a 4.
Mas particularmente, el compuesto ionico anfotero puede incluir, sin limitacion, al menos uno seleccionado del grupo que consiste en hidroxido de [2-(metacriloliloxi)etil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [2-(metacriloliloxi)etil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [2-(metacriloliloxi)etil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [2-(metacriloliloxi)etil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloiloxi)etil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloiloxi)etil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloiloxi)etil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloiloxi)etil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [3-(metacriloliloxi)propil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [3-(metacriloliloxi)propil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [3-(metacriloliloxi)propil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [3-(metacriloliloxi)propil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloiloxi)propil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloiloxi)propil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloiloxi)propil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloiloxi)propil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(6-sulfohexil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(6-sulfohexil)-amonio, hidroxido de [2-(metacrilolilamino)etil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [2-(metacrilolilamino)etil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [2-(metacrilolilamino)etil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [2-(metacrilolilamino)etil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloilamino)etil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloilamino)etil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloilamino)etil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloilamino)etil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [3-(metacrilolilamino)propil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [3-(metacrilolilamino)propil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [3-(metacrilolilamino)propil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [3-(metacrilolilamino)propil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloilamino)propil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloilamino)propil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloilamino)propil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloilamino)propil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4
(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(6-sulfohexil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino)butil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino)butil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino)butil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino)butil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino)butil]-dimetil-(6-sulfohexil)-amonio, fosfato de 2-(metacriloliloxi)etilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 3-(metacriloliloxi)propilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 4-(metacriloliloxi)butilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 5-(metacriloliloxi)pentilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 6-(metacriloliloxi)hexilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 7-(metacriloliloxi)heptilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 8-(metacriloliloxi)octilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 2-(metacrilolilamino)etilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 3-(metacrilolilamino)propilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 4-(metacrilolilamino)butilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 5-(metacrilolilamino) pentilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 6-(metacrilolilamino)hexilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 7-(metacrilolilamino)heptilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 8-(metacrilolilamino)octilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 2-(acriloiloxi)etilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 3-(acriloiloxi)propilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 4-(acriloiloxi) butilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 5-(acriloiloxi)pentilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 6-(acriloiloxi)hexilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 7-(acriloiloxi)heptilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 8-(acriloiloxi)octilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 2-(metacriloliloxi)etilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 3-(metacriloliloxi)propilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 4-(metacriloliloxi)butilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 5-(metacriloliloxi)pentilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 6-(metacriloliloxi)hexilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 7-(metacriloliloxi)heptilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 8-(metacriloliloxi)octilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 2-(metacrilolilamino)etilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 3-(metacrilolilamino)propilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 4-(metacrilolilamino) butilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 5-(metacrilolilamino)pentilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 6-(metacrilolilamino)hexilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 7-(metacrilolilamino)heptilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 8-(metacrilolilamino)octilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 2-(acriloiloxi)etilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 3-(acriloiloxi)propilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 4-(acriloiloxi)butilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 5-(acriloiloxi)pentilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 6-(acriloiloxi)hexilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 7-(acriloiloxi)heptilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 8-(acriloiloxi)octilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 2-(metacriloliloxi)etilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 3-(metacriloliloxi)propilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 4-(metacriloliloxi)butilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 5-(metacriloliloxi)pentilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 6-(metacriloliloxi)hexilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 7-(metacriloliloxi)heptilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 8-(metacriloliloxi)octilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 2-(metacrilolilamino)etilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 3-(metacrilolilamino)propilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 4-(metacrilolilamino)butilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 5-(metacrilolilamino)pentilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 6-(metacrilolilamino)hexilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 7-(metacrilolilamino)heptilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 8-(metacrilolilamino)octilo 4-(trimetilamonio) butilo, fosfato de 2-(acriloiloxi)etilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 3-(acriloiloxi)propilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 4-(acriloiloxi)butilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 5-(acriloiloxi)pentilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 6-(acriloiloxi)hexilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 7-(acriloiloxi)heptilo 4-(trimetilamonio)butilo, y fosfato de 8-(acriloiloxi)octilo 4-(trimetilamonio)butilo.
El (met)acrilato de glicidilo se incluye en la capa de recubrimiento para formar un enlace quimico con la capa de recubrimiento de poliamida, e incluye metacrilato de glicidilo o acrilato de glicidilo, y mas preferiblemente incluye metacrilato de glicigilo.
El compuesto ionico anfotero y el (met)acrilato de glicidilo se incluyen preferiblemente como copolimeros. En este caso, los copolimeros pueden formarse polimerizando un monomero de compuesto ionico anfotero con un monomero de (met)acrilato de glicidilo en presencia de un iniciador. El compuesto ionico anfotero y el (met)acrilato de glicidilo se usan en una proporcion equivalente de 0,01 a 7 : 0,05 a 3. Cuando la relacion equivalente del compuesto ionico anfotero y el (met)acrilato de glicidilo satisface el intervalo numerico anterior, la fuerza de union con la capa activa de poliamida, las propiedades fisicas como la ultra hidrofilicidad y las propiedades antiincrustantes de la capa de recubrimiento pueden ser buenas.
El copolimero en ejemplos de realizaciones puede incluir adicionalmente el compuesto de (met)acrilato de poli(etilenglicol) junto con el compuesto ionico anfotero y el (met)acrilato de glicidilo. El compuesto de (met)acrilato de poli(etilenglicol) puede incluir, sin limitacion, metacrilato de poli(etilenglicol), dimetacrilato de poli(etilenglicol), metacrilato de metilo eter de poli(etilenglicol) que incluye de 3 a 200 cadenas de etilenglicol, y una combinacion de los mismos. Preferiblemente, tanto el metacrilato de poli(etilenglicol) como el dimetacrilato de poli(etilenglicol) se pueden usar juntos. Cuando se agrega el compuesto de (met)acrilato de poli(etilenglicol), se pueden maximizar las propiedades antiincrustantes.
Lo mas preferiblemente, la capa de recubrimiento en ejemplos de realizaciones puede incluir un copolimero que incluye el compuesto ionico anfotero, el (met)acrilato de glicidilo, el metacrilato de poli(etilenglicol) y el dimetacrilato de poli(etilenglicol).
El copolimero se puede preparar preferiblemente haciendo reaccionar el compuesto ionico anfotero, el (met)acrilato de glicidilo, el metacrilato de poli(etilenglicol) y el dimetacrilato de poli(etilenglicol) en una proporcion equivalente de 0,1 a 7,5 : 0,01 a 5 : 0,1 a 5 : 0,01 a 1. Cuando la relacion equivalente de cada componente satisface el intervalo
numerico anterior, la fuerza de union con la capa activa de poliamida, la ultra hidrofilicidad y las propiedades antiincrustantes de la capa de recubrimiento pueden ser buenas.
Cuando la capa de recubrimiento que incluye el copolimero que incluye el compuesto ionico anfotero y el (met)acrilato de glicidilo se forma sobre la capa activa de poliamida, se puede evitar la adsorcion de un material incrustante en la superficie de la membrana de osmosis inversa debido a hidrofilicidad de la capa de recubrimiento. Por lo tanto, se pueden obtener buenas propiedades antiincrustantes. Particularmente, la membrana de osmosis inversa de acuerdo con el presente concepto inventivo puede tener un buen efecto de prevencion sobre la bioincrustacion debida a un material organico.
De acuerdo con los experimentos de los presentes inventores, la membrana de osmosis inversa que incluye la capa de recubrimiento que incluye el copolimero que incluye el compuesto ionico anfotero y el (met)acrilato de glicidilo puede tener un rendimiento equivalente o mejor en comparacion con una membrana de osmosis inversa comun. Un nivel inicial de rechazo de sal del 97% o mas, y un flujo inicial es de 1,02 m/dia (25 galones/pie2 dia) o mas, para la membrana de osmosis inversa, en ejemplos de realizaciones. Despues de dos horas de agregar un material incrustante, caseina, el nivel de rechazo de sal es del 97% o mas, y el flujo es de 0,94 a 1,02 m/dia (23 a 35 galones/pie2 dia) o mas para la membrana de osmosis inversa en ejemplos de realizaciones. Por lo tanto, una funcion de purificacion de agua solo puede deteriorarse ligeramente, y las propiedades antiincrustantes de la membrana de osmosis inversa de acuerdo con ejemplos de realizaciones son buenas, cuando se comparan con las de la membrana de osmosis inversa comun.
En lo sucesivo, se explicara un metodo para fabricar una membrana de osmosis inversa de acuerdo con el presente concepto inventivo.
La membrana de osmosis inversa de acuerdo con ejemplos de realizaciones puede fabricarse formando una capa de recubrimiento tratando un soporte poroso que incluye una capa activa de poliamida con una solucion acuosa que incluye un compuesto ionico anfotero y (met)acrilato de glicidilo.
El metodo de formacion de la capa activa de poliamida sobre el soporte poroso puede no estar limitado a un cierto metodo, sin embargo, se puede realizar mediante metodos de fabricacion de una membrana de osmosis inversa bien conocida en la tecnica. Por ejemplo, se puede formar una capa activa de poliamida sumergiendo un soporte poroso en una solucion acuosa de m-fenilendiamina (mPD) para formar una capa de mPD, y sumergiendo el soporte poroso nuevamente en el disolvente organico cloruro de trimesoilo (TMC) para efectuar el contacto de la capa de mPD con TMC para realizar una polimerizacion interfacial. Ademas, la capa activa de poliamida tambien se puede formar por medio de un metodo de aspersion o recubrimiento en lugar del metodo de inmersion.
El tratamiento del soporte poroso que incluye la capa activa de poliamida formada sobre ella con una solucion acuosa que incluye un copolimero que incluye el compuesto ionico anfotero y el (met)acrilato de glicidilo puede realizarse, por ejemplo, sumergiendo el soporte poroso que incluye la capa activa de poliamida en la solucion acuosa que incluye el copolimero. En este caso, la cantidad de copolimero en la solucion acuosa puede ser de 0,0001 a 10% en peso, preferiblemente, de 0,01 a 5% en peso, y lo mas preferiblemente, de 0,5 a 3% en peso. Cuando la cantidad de copolimero en la solucion acuosa satisface el intervalo anterior, las propiedades antiincrustantes y la funcion de purificacion del agua pueden ser buenas.
El tiempo de inmersion puede ser de aproximadamente 1 minuto a 5 horas, y mas preferiblemente, de aproximadamente 1 minuto a 3 horas. Cuando el tiempo de inmersion es inferior a 1 minuto, la capa de recubrimiento puede estar formada de manera insuficiente. Cuando el tiempo de inmersion supera las 5 horas, el grosor de la capa de recubrimiento puede ser demasiado grande, lo que reduce el flujo de permeacion de la membrana de osmosis inversa.
Despues de formar la capa de recubrimiento sobre la capa activa de poliamida a traves del proceso de inmersion, se puede llevar a cabo un proceso de secado de aproximadamente 25°C a 65°C durante aproximadamente 1 a 30 minutos para mejorar la adhesividad entre la capa de recubrimiento y la capa activa de poliamida.
El compuesto ionico anfotero es un compuesto representado por la siguiente Fórmula Química 1 o un compuesto representado por la siguiente Fórmula Química 2.
Fórmula Química 1
Formula Quimica 2
En las Fórmulas Químicas 1 y 2, Ri representa H o un grupo alquilo C1-10, preferiblemente, H o metilo,
R2 representa O, NH, S o PH,
cada uno de R3 , R4 , R5 , R6 y R7 representa independientemente hidrogeno o un grupo alquilo C1-5, preferiblemente un grupo alquilo C1-3, lo mas preferiblemente, metilo,
n representa un numero entero de 1 a 8, preferiblemente, un numero entero de 2 a 8, y
n2 representa un numero entero de 1 a 4, preferiblemente, un numero entero de 2 a 4.
En particular, el compuesto ionico anfotero puede incluir, sin limitacion, al menos uno seleccionado del grupo que consiste en hidroxido de [2-(metacriloliloxi)etil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [2-(metacriloliloxi)etil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [2-(metacriloliloxi)etil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [2-(metacriloliloxi)etil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloiloxi)etil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloiloxi)etil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloiloxi)etil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloiloxi)etil] -dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [3-(metacriloliloxi)propil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [3-(metacriloliloxi)propil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [3-(metacriloliloxi)propil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [3-(metacriloliloxi)propil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloiloxi)propil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloiloxi)propil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloiloxi)propil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloiloxi)propil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(6-sulfohexil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(6-sulfohexil)-amonio, hidroxido de [2-(metacrilolilamino)etil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [2-(metacrilolilamino)etil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [2-(metacrilolilamino)etil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [2-(metacrilolilamino)etil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloilamino)etil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloilamino)etil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloilamino)etil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloilamino)etil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [3-(metacrilolilamino)propil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [3-(metacrilolilamino)propil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [3-(metacrilolilamino)propil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [3-(metacrilolilamino)propil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloilamino)propil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloilamino)propil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloilamino)propil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloilamino)propil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(6-sulfohexil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino)butil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino)butil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino) butil]-dimetil-(4
sulfobutil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino)butil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino)butil]-dimetil-(6-sulfohexil)-amonio, fosfato de 2-(metacriloliloxi)etilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 3-(metacriloliloxi)propilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 4-(metacriloliloxi)butilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 5-(metacriloliloxi)pentilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 6-(metacriloliloxi)hexilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 7-(metacriloliloxi)heptilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 8-(metacriloliloxi)octilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 2-(metacrilolilamino)etilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 3-(metacrilolilamino)propilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 4-(metacrilolilamino)butilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 5-(metacrilolilamino)pentilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 6-(metacrilolilamino)hexilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 7-(metacrilolilamino)heptilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 8-(metacrilolilamino)octilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 2-(acriloiloxi)etilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 3-(acriloiloxi)propilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 4-(acriloiloxi)butilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 5-(acriloiloxi)pentilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 6-(acriloiloxi)hexilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 7-(acriloiloxi) heptilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 8-(acriloiloxi)octilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 2-(metacriloliloxi)etilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 3-(metacriloliloxi)propilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 4-(metacriloliloxi)butilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 5-(metacriloliloxi)pentilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 6-(metacriloliloxi)hexilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 7-(metacriloliloxi)heptilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 8-(metacriloliloxi)octilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 2-(metacrilolilamino)etilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 3-(metacrilolilamino)propilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 4-(metacrilolilamino)butilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 5-(metacrilolilamino)pentilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 6-(metacrilolilamino)hexilo 3-(trimetilamonio) propilo, fosfato de 7-(metacrilolilamino)heptilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 8-(metacrilolilamino)octilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 2-(acriloiloxi)etilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 3-(acriloiloxi)propilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 4-(acriloiloxi)butilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 5-(acriloiloxi)pentilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 6-(acriloiloxi)hexilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 7-(acriloiloxi)heptilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 8-(acriloiloxi)octilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 2-(metacriloliloxi)etilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 3-(metacriloliloxi)propilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 4-(metacriloliloxi)butilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 5-(metacriloliloxi)pentilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 6-(metacriloliloxi)hexilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 7-(metacriloliloxi)heptilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 8-(metacriloliloxi)octilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 2-(metacrilolilamino)etilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 3-(metacrilolilamino) propilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 4-(metacrilolilamino)butilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 5-(metacrilolilamino)pentilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 6-(metacrilolilamino)hexilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 7-(metacrilolilamino)heptilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 8-(metacrilolilamino)octilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 2-(acriloiloxi)etilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 3-(acriloiloxi)propilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 4-(acriloiloxi)butilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 5-(acriloiloxi)pentilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 6-(acriloiloxi)hexilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 7-(acriloiloxi)heptilo 4-(trimetilamonio)butilo, y fosfato de 8-(acriloiloxi)octilo 4-(trimetilamonio)butilo.
El copolimero del compuesto ionico anfotero y el (met)acrilato de glicidilo se puede formar polimerizando un monomero de compuesto ionico anfotero con un monomero de (met)acrilato de glicidilo en presencia de un iniciador. El compuesto ionico anfotero y el (met)acrilato de glicidilo se usan en una proporcion equivalente de 0,01 a 7 : 0,05 a 3.
El copolimero en ejemplos de realizaciones puede incluir adicionalmente un compuesto de (met)acrilato de poli(etilenglicol), junto con el compuesto ionico anfotero y el (met)acrilato de glicidilo. El compuesto de (met)acrilato de poli(etilenglicol) puede incluir, sin limitacion, metacrilato de poli(etilenglicol), dimetacrilato de poli(etilenglicol), metacrilato de metil eter de poli(etilenglicol), y una combinacion de los mismos. Preferiblemente, tanto el metacrilato poli(etilenglicol) como el dimetacrilato de poli(etilenglicol) se pueden usar juntos. Cuando se agrega el compuesto de (met)acrilato de poli(etilenglicol), se pueden maximizar las propiedades antiincrustantes.
Lo mas preferiblemente, la capa de recubrimiento en ejemplos de realizaciones puede incluir un copolimero que incluye el compuesto ionico anfotero, (met)acrilato de glicidilo, metacrilato de poli(etilenglicol) y dimetacrilato de poli(etilenglicol).
El metodo para fabricar la membrana de osmosis inversa de acuerdo con el presente concepto inventivo puede incluir adicionalmente mezclar el compuesto ionico anfotero, el (met)acrilato de glicidilo, el metacrilato de poli(etilenglicol) y el dimetacrilato de poli(etilenglicol) en una proporcion equivalente de 0,1 a 7,5 : 0,01 a 5 : 0,1 a 5 : 0,01 a 1 y polimerizacion. En este caso, la polimerizacion se puede llevar a cabo preferiblemente de 40°C a 80°C durante 0,1 a 10 horas. En este caso, el proceso de polimerizacion puede no estar limitado a un cierto proceso y puede incluir polimerizacion por radicales. El copolimero preparado por la reaccion de polimerizacion puede ser un copolimero aleatorio. El copolimero puede almacenarse preferiblemente a una temperatura de 0°C o menos, y puede usarse facilmente despues de descongelar a temperatura ambiente para restringir la reactividad del grupo funcional glicidilo incluido en el copolimero. Cuando el copolimero se almacena a temperatura ambiente, el grupo funcional glicidilo se puede hidrolizar facilmente. En este caso, se puede deteriorar la fuerza de union quimica de la capa de recubrimiento con la capa activa de poliamida.
Modo para realizar la invencion
En lo sucesivo, la presente invencion se explicara con mas detalle con referenda a las realizaciones preferidas. Ejemplo de preparacion 1
Fabricacion de un soporte poroso que incluye una capa activa de poliamida
En una solucion de N,N-dimetilformamida (DMF), se añadió 18% en peso de polisulfona en forma de contenido solido y se disolvio a 802C durante 12 horas o mas para preparar una solucion homogenea en fase liquida. La solucion obtenida de este modo se moldeo para tener un espesor de 45 pm a 50 pm sobre una tela no tejida de un material de poliester que tiene un espesor de 95 pm a 100 pm para fabricar un soporte poroso de polisulfona.
Despues de sumergir el soporte poroso de polisulfona asi fabricado en una solucion acuosa que contiene 2% en peso de metafenilendiamina durante 2 minutos y extraer, se elimino una cantidad en exceso de la solucion acuosa sobre el soporte utilizando un rodillo de 172 kPa (25 psi) y se seco a temperatura ambiente durante 1 minuto.
Luego, el soporte se sumergio en una solucion organica de cloruro de trimesoilo al 0,1% en peso usando un solvente ISOL-C (SK Chem) durante 1 minuto, luego se retiro y se seco en un horno a 60°C durante 10 minutos. Despues de eso, el soporte se lavo en una solucion acuosa de carbonato de sodio al 0,2% en peso a temperatura ambiente durante 2 horas o mas, y se lavo con agua destilada para fabricar un soporte poroso que tiene una capa activa de poliamida que tiene un espesor de 200 nm.
Ejemplo de preparacion 2
Preparacion del copolimero (A) que incluye un compuesto ionico anfotero
Se mezclaron hidroxido de ((3-metacriloilamino)propil)dimetil(3-sulfopropil)-amonio, metacrilato de poli(etilenglicol) y dimetacrilato de poli(etilenglicol) y se hicieron reaccionar a 60°C durante 1 hora mediante polimerizacion radical utilizando V-50 (Wako pure Chemicals Ind.) como iniciador. Inmediatamente despues, se añadió en segundo lugar metacrilato de glicidilo para reaccionar a 60°C durante 1 hora nuevamente para obtener un copolimero aleatorio de cuatro elementos que incluye PGMA-PMPDSAH-PEGMA-PEGDMA. Aqui, PGMA representa metacrilato de poliglicidilo, PMPDSAH representa hidroxido de poli((3-metacriloilamino)propil)dimetil(3-sulfopropil)amonio, PEGMA representa metacrilato de poli(etilenglicol), y PEGDMA representa dimetacrilato de poli(etilenglicol). El copolimero se preparo haciendo reaccionar PMPDSAH : PGMA : PEGMA : PEGDMA en una relacion equivalente de 5 : 2 : 3,9 : 0,1. Ejemplo 1
El soporte poroso que incluye la capa activa de poliamida fabricada en el Ejemplo de preparacion 1 se lavo con agua destilada, se sumergio en una solucion acuosa que incluye el copolimero preparado en el Ejemplo de preparacion 2 en un 0,05% en peso durante 1 minuto y se seco en un horno a 60°C durante 10 minutos para formar una capa de recubrimiento.
Ejemplo 2
Se formo una capa de recubrimiento realizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 1, excepto por el uso de una solucion acuosa que incluye el 0,5% en peso del copolimero.
Ejemplo 3
Se formo una capa de recubrimiento realizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 1, excepto por el uso de una solucion acuosa que incluye 1% en peso del copolimero.
Ejemplo 4
Se formo una capa de recubrimiento realizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 1, excepto por el uso de una solucion acuosa que incluye el 3% en peso del copolimero.
Ejemplo comparativo
El soporte que incluye la capa activa de poliamida fabricada en el Ejemplo de Preparacion 1 se uso despues del lavado utilizando agua destilada sin realizar ningun tratamiento de superficie para comparacion.
Ejemplo de preparacion 3
Preparacion del copolimero (B) que incluye compuesto ionico anfotero
Se hizo reaccionar el hidroxido de ((3-metacriloilamino)propil)dimetil(3-sulfopropil)-amonio a 60°C durante 1 hora mediante polimerizacion por radicales usando V-50 (Wako pure Chemicals Ind.) como iniciador. Inmediatamente despues, se añadió metacrilato de glicidilo y se hizo reaccionar nuevamente a 60°C durante 1 hora para obtener un copolimero aleatorio de dos elementos que incluye PGMA-PMPDSAH. Aqui, PGMA representa metacrilato de poliglicidilo, y PMPDSAH representa hidroxido de poli((3-metacriloilamino)propil)dimetil(3-sulfopropil)-amonio. El copolimero se preparo haciendo reaccionar PMPDSAH : PGMA en una relacion equivalente de 7 : 2.
Ejemplo 5
El soporte poroso que incluye la capa activa de poliamida fabricada en el Ejemplo de preparacion 1 se lavo con agua destilada, se sumergio en una solucion acuosa que incluia el copolimero preparado en el Ejemplo de preparacion 3 en un 0,05% en peso durante 1 minuto, y se seco en un horno a 60°C durante 10 minutos para formar una capa de recubrimiento.
Ejemplo 6
Se formo una capa de recubrimiento realizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 5, excepto por el uso de una solucion acuosa que incluye el 0,5% en peso del copolimero.
Ejemplo 7
Se formo una capa de recubrimiento realizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 5, excepto por el uso de una solucion acuosa que incluye 1% en peso del copolimero.
Ejemplo 8
Se formo una capa de recubrimiento realizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 5, excepto por el uso de una solucion acuosa que incluye el 3% en peso del copolimero.
Ejemplo de preparacion 4
Preparacion del copolimero (C) que incluye compuesto ionico anfotero
Se mezclaron fosfato de 3-(trimetilamonio)propilo (3-metacriloiloxi)propilo, metacrilato de poli(etilenglicol) y dimetacrilato de poli(etilenglicol) y se hicieron reaccionar a 60°C durante 1 hora mediante polimerizacion por radicales usando V-50 (Wako pure Chemicals Ind.) como iniciador. Inmediatamente despues, se añadió en segundo lugar metacrilato de glicidilo para reaccionar nuevamente a 60°C durante 1 hora para obtener un copolimero aleatorio de cuatro elementos que incluye PGMA-PMPTPP-PEGMA-PEGDMA. Aqui, Pg Ma representa metacrilato de poliglicidilo, PMPTPP representa fosfato de poli 3-(metacriloiloxi)propilo 3-(trimetilamonio)propilo, PEGMA representa metacrilato de poli(etilenglicol) y PEGDMA representa dimetacrilato de poli(etilenglicol). El copolimero se preparo haciendo reaccionar PMPTPP : PGMA : PEGMA : PEGDMA en una relacion equivalente de 5 : 2 : 3,9 : 0,1.
Ejemplo 9
El soporte poroso que incluye la capa activa de poliamida fabricada en el Ejemplo de preparacion 1 se lavo con agua destilada, se sumergio en una solucion acuosa que incluia el copolimero preparado en el Ejemplo de preparacion 4 en un 0,05% en peso durante 1 minuto, y se seco en un horno a 60°C durante 10 minutos para formar una capa de recubrimiento.
Ejemplo 10
Se formo una capa de recubrimiento realizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 9, excepto por el uso de una solucion acuosa que incluye el 0,5% en peso del copolimero.
Ejemplo 11
Se formo una capa de recubrimiento realizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 9, excepto por el uso de una solucion acuosa que incluye 1% en peso del copolimero.
Ejemplo 12
Se formo una capa de recubrimiento realizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 9, excepto por el uso de una solucion acuosa que incluye el 3% en peso del copolfmero.
Ejemplo de preparacion 5
Preparacion del copolfmero (D) que incluye compuesto ionico anfotero
Se hizo reaccionar fosfato de (3-metacriloiloxi)propilo 3-(trimetilamonio)propilo a 602C durante 1 hora mediante polimerizacion por radicales utilizando V-50 (Wako pure Chemicals Ind.) como iniciador. Inmediatamente despues, se añadió metacrilato de glicidilo para reaccionar nuevamente a 60°C durante 1 hora para obtener un copolfmero aleatorio de dos elementos que incluye PGMA-PMPTPP. Aquf, PGMA representa metacrilato de poliglicidilo, PMPTPP representa fosfato de poli 3-(metacriloiloxi)propilo 3-(trimetilamonio)propilo. El copolfmero se preparo haciendo reaccionar PMPTPP : PGMA en una relacion equivalente de 7 : 2.
Ejemplo 13
El soporte poroso que incluye la capa activa de poliamida fabricada en el Ejemplo de preparacion 1 se lavo con agua destilada, se sumergio en una solucion acuosa que inclma el copolfmero preparado en el Ejemplo de preparacion 5 en un 0,05% en peso durante 1 minuto, y se seco en un horno a 60°C durante 10 minutos para formar una capa de recubrimiento.
Ejemplo 14
Se formo una capa de recubrimiento realizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 13, excepto por el uso de una solucion acuosa que incluye el 0,5% en peso del copolfmero.
Ejemplo 15
Se formo una capa de recubrimiento realizando el mismo procedimiento que el descrito en el Ejemplo 13, excepto por el uso de una solucion acuosa que incluye 1% en peso del copolfmero.
Ejemplo 16
Se formo una capa de recubrimiento realizando el mismo procedimiento descrito en el Ejemplo 13, excepto por el uso de una solucion acuosa que incluye el 3% en peso del copolfmero.
Experimento 1
Evaluacion del rendimiento de purificacion de agua
Se midieron el rechazo inicial de sal y el flujo de permeacion inicial de las membranas de osmosis inversa fabricadas en los Ejemplos 1 a 16 y el Ejemplo comparativo. El rechazo inicial de sal y el flujo de permeacion inicial se midieron mientras se suministraba una solucion acuosa de cloruro de sodio de 32.000 ppm con una velocidad de flujo de 1.400 mL/min a 25°C. Un aparato de celda de membrana de osmosis inversa utilizado para la evaluacion de la membrana incluye una celda de transmision de tipo plano, una bomba de alta presion, un bano de almacenamiento y un aparato de enfriamiento. La estructura de la celda de transmision de tipo plano era de tipo de flujo cruzado, y un area efectiva de transmision era de 140 cm2. Despues de instalar una membrana de osmosis inversa lavada en la celda de transmision, se realizo suficientemente una operacion preliminar durante aproximadamente 1 hora utilizando en tercer lugar agua destilada para estabilizar el aparato de evaluacion. Luego, se suministro la solucion acuosa de cloruro de sodio de 32.000 ppm y se opero el aparato durante aproximadamente 1 hora hasta que la presion y el flujo de permeacion alcanzaron un estado estacionario. Luego, se midio la cantidad de agua transmitida durante 10 minutos y se calculo el flujo. El rechazo de la sal se calculo analizando la concentracion de la sal antes y despues de la transmision utilizando un medidor de conductividad. Los resultados medidos se ilustran en la Tabla 1 siguiente.
Tabla 1
Experimento 2
Evaluacion de propiedades antiincrustantes
Se evaluaron las propiedades antiincrustantes de las membranas de osmosis inversa fabricadas en los Ejemplos 1 a 16 y en el Ejemplo comparativo. La evaluacion de las propiedades antiincrustantes se realizo utilizando una solucion de mezcla de una solucion acuosa de NaCl de 32.000 ppm y una solucion de caseina acuosa de 100 ppm a una presion de 5.515 kPa (800 psi). Despues de evaluar el rechazo inicial de sal y el flujo de permeacion inicial, la solucion acuosa de caseina de 100 ppm se inserto en un tanque de evaluacion. Inmediatamente despues, se midieron el rechazo de la sal y el cambio de flujo. Despues de 2 horas, se midieron el rechazo de sal y el cambio de flujo. La caseina se uso despues de disolverse en una solucion acuosa de pH de 11 o mas. Los resultados medidos se ilustran en la Tabla 2.
Tabla 2
Experimento 3
Las propiedades antiincrustantes de la membrana de osmosis inversa fabricada en el Ejemplo 2 se midieron utilizando una solucion de mezcla de una solucion acuosa de NaCl de 32.000 ppm y una solucion de casefna acuosa de 300 ppm. Los resultados se ilustran en la Tabla 3.
Tabla 3
Claims (13)
1. Una membrana de osmosis inversa, que comprende:
un soporte poroso;
una capa activa de poliamida formada sobre el soporte poroso; y
una capa de recubrimiento que incluye un copolimero que incluye un compuesto ionico anfotero y (met)acrilato de glicidilo en una relacion equivalente de 0,01 a 7 : 0,05 a 3, la capa de recubrimiento forma un enlace quimico con la capa activa de poliamida,
en donde el compuesto ionico anfotero es un compuesto representado por la siguiente Fórmula Química 1 o un compuesto representado por la siguiente Fórmula Química 2.
Fórmula Química 1
Fórmula Química 2
en las Fórmulas Químicas 1 y 2, R1 representa H o un grupo alquilo C1-10,
R2 representa O, NH, S o PH,
cada uno de R3 , R4 , R5 , R6 y R7 representa independientemente hidrogeno o un grupo alquilo C1-5,
n1 representa un numero entero de 1 a 8, y
n2 representa un numero entero de 1 a 4.
2. La membrana de osmosis inversa de la reivindicacion 1, en la que el compuesto ionico anfotero es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en hidroxido de [2-(metacriloliloxi)etil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [2-(metacriloliloxi)etil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [2-(metacriloliloxi)etil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [2-(metacriloliloxi)etil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloiloxi)etil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloiloxi)etil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloiloxi)etil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloiloxi)etil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [3-(metacriloliloxi)propil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [3-(metacriloliloxi)propil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [3-(metacriloliloxi)propil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [3-(metacriloliloxi)propil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloiloxi)propil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloiloxi)propil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloiloxi)propil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloiloxi)propil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [4 (metacriloliloxi)butil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(metacriloliloxi)butil]-dimetil-(6-sulfohexil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [4
(acriloiloxi)butil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloiloxi)butil]-dimetil-(6-sulfohexil)-amonio, hidroxido de [2-(metacrilolilamino)etil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [2-(metacrilolilamino)etil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [2-(metacrilolilamino)etil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [2-(metacrilolilamino)etil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloilamino)etil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloilamino)etil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloilamino)etil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [2-(acriloilamino)etil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [3-(metacrilolilamino)propil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [3-(metacrilolilamino)propil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [3-(metacrilolilamino)propil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [3-(metacrilolilamino)propil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloilamino)propil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloilamino)propil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloilamino)propil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [3-(acriloilamino)propil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(metacrilolilamino)butil]-dimetil-(6-sulfohexil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino)butil]-dimetil-(2-sulfoetil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino)butil]-dimetil-(3-sulfopropil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino) butil]-dimetil-(4-sulfobutil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino)butil]-dimetil-(5-sulfopentil)-amonio, hidroxido de [4-(acriloilamino)butil]-dimetil-(6-sulfohexil)-amonio, fosfato de 2-(metacriloliloxi)etilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 3-(metacriloliloxi)propilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 4-(metacriloliloxi)butilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 5-(metacriloliloxi)pentilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 6-(metacriloliloxi)hexilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 7-(metacriloliloxi)heptilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 8-(metacriloliloxi)octilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 2-(metacrilolilamino)etilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 3-(metacrilolilamino)propilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 4-(metacrilolilamino)butilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 5-(metacrilolilamino)pentilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 6-(metacrilolilamino)hexilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 7-(metacrilolilamino)heptilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 8-(metacrilolilamino)octilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 2-(acriloiloxi)etilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 3-(acriloiloxi)propilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 4-(acriloiloxi)butilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 5-(acriloiloxi)pentilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 6-(acriloiloxi)hexilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 7-(acriloiloxi) heptilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 8-(acriloiloxi)octilo 2-(trimetilamonio)etilo, fosfato de 2-(metacriloliloxi)etilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 3-(metacriloliloxi)propilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 4-(metacriloliloxi)butilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 5-(metacriloliloxi)pentilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 6-(metacriloliloxi)hexilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 7-(metacriloliloxi)heptilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 8-(metacriloliloxi)octilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 2-(metacrilolilamino)etilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 3-(metacrilolilamino)propilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 4-(metacrilolilamino)butilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 5-(metacrilolilamino)pentilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 6-(metacrilolilamino)hexilo 3-(trimetilamonio) propilo, fosfato de 7-(metacrilolilamino)heptilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 8-(metacrilolilamino)octilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 2-(acriloiloxi)etilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 3-(acriloiloxi)propilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 4-(acriloiloxi)butilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 5-(acriloiloxi)pentilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 6-(acriloiloxi)hexilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 7-(acriloiloxi)heptilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 8-(acriloiloxi)octilo 3-(trimetilamonio)propilo, fosfato de 2-(metacriloliloxi)etilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 3-(metacriloliloxi)propilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 4-(metacriloliloxi)butilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 5-(metacriloliloxi)pentilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 6-(metacriloliloxi)hexilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 7-(metacriloliloxi)heptilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 8-(metacriloliloxi)octilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 2-(metacrilolilamino)etilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 3-(metacrilolilamino) propilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 4-(metacrilolilamino)butilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 5-(metacrilolilamino)pentilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 6-(metacrilolilamino)hexilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 7-(metacrilolilamino)heptilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 8-(metacrilolilamino)octilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 2-(acriloiloxi)etilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 3-(acriloiloxi)propilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 4-(acriloiloxi)butilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 5-(acriloiloxi)pentilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 6-(acriloiloxi)hexilo 4-(trimetilamonio)butilo, fosfato de 7-(acriloiloxi)heptilo 4-(trimetilamonio)butilo, y fosfato de 8-(acriloiloxi)octilo 4-(trimetilamonio)butilo.
3. La membrana de osmosis inversa de la reivindicacion 1, en la que el copolimero comprende ademas compuesto de (met)acrilato de etilenglicol.
4. La membrana de osmosis inversa de la reivindicacion 3, en la que el compuesto (met)acrilato de etilenglicol es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en metacrilato de polietilenglicol, dimetacrilato de polietilenglicol y metacrilato de metil eter de poli(etilenglicol).
5. La membrana de osmosis inversa de la reivindicacion 1, en la que la capa de recubrimiento incluye un copolimero que incluye el compuesto ionico anfotero, el (met)acrilato de glicidilo, el metacrilato de poli(etilenglicol) y el dimetacrilato de poli(etilenglicol).
6. La membrana de osmosis inversa de la reivindicacion 5, en la que el copolimero se prepara haciendo reaccionar el compuesto ionico anfotero, el (met)acrilato de glicidilo, el metacrilato de poli(etilenglicol) y el dimetacrilato de poli(etilenglicol) en una proporcion equivalente de 0,1 a 7,5 : 0,01 a 5 : 0,1 a 5 : 0,01 a 1.
7. La membrana de osmosis inversa de una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que la membrana de osmosis inversa tiene un rechazo de la sal despues de 2 horas de una introduccion de caseina de 97% o mas, y tiene un flujo de permeacion de 0,94 m/dia a 1,02 m/dia (23 a 25 galones/pie2 dia).
8. Un metodo para fabricar una membrana de osmosis inversa, que comprende formar una capa de recubrimiento tratando un soporte poroso que incluye una capa activa de poliamida con una solucion acuosa que incluye un copolimero que incluye un compuesto ionico anfotero y (met)acrilato de glicidilo, en donde una proporcion equivalente del compuesto ionico anfotero y el (met)acrilato de glicidilo es de 0,01 a 7 : 0,05 a 3,
en donde el compuesto ionico anfotero es un componente representado por la siguiente Fórmula Química 1 o un compuesto representado por la siguiente Fórmula Química 2
Fórmula Química 1
Fórmula Química 2
en las Fórmulas Químicas 1 y 2, R1 representa H o un grupo alquilo C1-10
R2 representa O, NH, S o PH,
cada uno de R3 , R4 , R5 , R6 y R7 representa independientemente hidrogeno o un grupo alquilo C1-5,
n1 representa un numero entero de 1 a 8, y
n2 representa un numero entero de 1 a 4.
9. El metodo para fabricar una membrana de osmosis inversa de la reivindicacion 8, en el que la solucion acuosa comprende el copolimero del 0,0001% en peso al 10% en peso.
10. El metodo para fabricar una membrana de osmosis inversa de la reivindicacion 8, en el que el tratamiento se realiza mediante un proceso de inmersion.
11. El metodo para fabricar una membrana de osmosis inversa de la reivindicacion 10, en el que el proceso de inmersion se lleva a cabo durante 1 minuto a 5 horas.
12. El metodo para fabricar una membrana de osmosis inversa de la reivindicacion 8, en el que el copolimero comprende adicionalmente al menos uno de entre metacrilato de poli(etilenglicol) y dimetacrilato de poli(etilenglicol).
13. El metodo para fabricar una membrana de osmosis inversa de la reivindicacion 8, que comprende ademas preparar el copolimero mezclando el compuesto ionico anfotero, el (met)acrilato de glicidilo, el metacrilato de poli(etilenglicol) y el dimetacrilato de poli(etilenglicol) en una proporcion equivalente de 0,1 a 7,5 : 0,01 a 5 : 0,1 a 5 : 0,01 a 1 y polimerizacion.
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