PL235250B1 - Sposób otrzymywania roztworu błonotwórczego do wytwarzania membran polimerowych o podwyższonej odporności na blokowanie przez substancje organiczne oraz podwyższonej przepuszczalności wody - Google Patents
Sposób otrzymywania roztworu błonotwórczego do wytwarzania membran polimerowych o podwyższonej odporności na blokowanie przez substancje organiczne oraz podwyższonej przepuszczalności wody Download PDFInfo
- Publication number
- PL235250B1 PL235250B1 PL424458A PL42445818A PL235250B1 PL 235250 B1 PL235250 B1 PL 235250B1 PL 424458 A PL424458 A PL 424458A PL 42445818 A PL42445818 A PL 42445818A PL 235250 B1 PL235250 B1 PL 235250B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- film
- polyethersulfone
- forming solution
- membrane
- solution
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 25
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 title claims description 16
- 230000035699 permeability Effects 0.000 title claims description 12
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 title claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 5
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 claims abstract description 23
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000000527 sonication Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 abstract description 67
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 37
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 24
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 14
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 14
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 13
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 13
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 11
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 5
- 238000000614 phase inversion technique Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229940098773 bovine serum albumin Drugs 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 4
- 239000013557 residual solvent Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 239000012527 feed solution Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000012465 retentate Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 2
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- HTTJABKRGRZYRN-UHFFFAOYSA-N Heparin Chemical compound OC1C(NC(=O)C)C(O)OC(COS(O)(=O)=O)C1OC1C(OS(O)(=O)=O)C(O)C(OC2C(C(OS(O)(=O)=O)C(OC3C(C(O)C(O)C(O3)C(O)=O)OS(O)(=O)=O)C(CO)O2)NS(O)(=O)=O)C(C(O)=O)O1 HTTJABKRGRZYRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 1
- 235000014548 Rubus moluccanus Nutrition 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010445 TiO2 P25 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- -1 concreteite Chemical compound 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 229920000669 heparin Polymers 0.000 description 1
- 229960002897 heparin Drugs 0.000 description 1
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 1
- CYPPCCJJKNISFK-UHFFFAOYSA-J kaolinite Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Al+3].[Al+3].[O-][Si](=O)O[Si]([O-])=O CYPPCCJJKNISFK-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 150000003856 quaternary ammonium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania roztworu błonotwórczego polegający na zastosowaniu sonikacji przez czas od 0,5 do 5,0 h do zdyspergowania nanorurek tytanianowych w N,N-dimetyloformamidzie, połączeniu powstałej zawiesiny z roztworem polieterosulfonu w N,N-dimetyloformamidzie, a następnie poddaniu otrzymanego roztworu działaniu ultradźwięków (w temperaturze 20 - 25°C) oraz mieszania z grzaniem na mieszadle magnetycznym (50 obr/min) w temperaturze 55 - 60°C naprzemiennie co 15 minut przez 2 h. Tak otrzymany roztwór błonotwórczy pozostawia się do odgazowania. Do wytwarzania ultradźwięków stosuje się urządzenia o mocy 130 - 320 W, częstotliwości 20 - 40 kHz i amplitudzie 80%. Do modyfikacji membran stosuje się nanorurki tytanianowe w ilości 0,5 - 1,5% mas. w stosunku do polieterosulfonu, otrzymane metodą hydrotermalną, o średnicy wewnętrznej/zewnętrznej w zakresie, odpowiednio, od 4 nm do 8 nm oraz od 8 nm do 13 nm, oraz długości w zakresie od 74 do 164 nm. Polieterosulfon stosuje się w ilości 15% mas. w odniesieniu do całości.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania roztworu błonotwórczego do wytwarzania membran polimerowych o podwyższonej odporności na blokowanie przez substancje organiczne (fouling) oraz podwyższonej przepuszczalności wody, zawierających nanorurki tytanianowe (TNT).
Jednym z głównych problemów towarzyszących ciśnieniowym procesom membran owym jest zjawisko blokowania membran (fouling). Fouling jest to proces odkładania się składników nadawy na powierzchni lub w porach membrany, skutkujący zmniejszeniem szybkości filtracji, a także ograniczeniem żywotności membran oraz wzrostem kosztów eksploatacji instalacji membranowej. Substancjami blokującymi mogą być związki organiczne (np. białka, polisacharydy, substancje humusowe) lub substancje nieorganiczne (np. cząstki glin, krzemionka, tlenki i wodorotlenki metali, itp.). Jedną z metod poprawy odporności membran polimerowych na blokowanie jest ich modyfikacja nanocząstkami. Stosowano m.in. nanocząstki TiO2, AI2O3, ZrO2, SiO2, MgO, Ag, Cu, nanocząstki hybrydowe. Literatura przedmiotu podaje, że najczęstszą metodą łączenia nanomodyfikatora z pol imerem jest mieszanie na etapie sporządzania roztworu błonotwórczego, jednak ze względu na tendencję nanocząstek do aglomeracji, membrany otrzymane w ten sposób posiadają w swojej strukturze duże skupiska nierównomiernie rozproszonych agregatów nanocząstek, przeważnie osadzających się w warstwie nośnej membran. Natomiast w kontekście odporności membran na blokowanie korzystne jest uzyskanie jak najlepszej dyspersji nanocząstek w roztworze błonotwórczym.
W literaturze przedmiotu brak jest prac dotyczących wpływu metody rozproszenia nanocząstek w roztworze błonotwórczym na odporność membran na blokowanie. Naukowcy skupiają się na modyfikacjach składu roztworu błonotwórczego poprzez dodatek dyspergantów anionowych, kationowych oraz niejonowych (A. Rahimpour, S.S. Madaeni, Y. Mansourpanah, J. Membr. Sci. 296 (2007) 110-121). Jednak przede wszystkim badacze licznie opisują wpływ stężenia nanomateriału dodawanego do roztworu polimeru na zmianę odporności membran na blokowanie (J. Kim, B. Van der Bruggen, Environmental Pollution 158 (2010) 2335-2349). W zgłoszeniu patentowym nr P.419844 opisano metodę otrzymywania membran polimerowych modyfikowanych nanorurkami tytanianowymi otrzymanymi metodą hydrotermalną. Membrany wykazywały zwiększoną odporność na blokowanie przez związki organiczne, jednak w patencie tym nie uwzględniono wpływu stopnia dyspersji nanocząstek w roztworze błonotwórczym, opisując jedynie wpływ ilości nanomateriału dodawanego do roztworu polimeru na poprawę odporności membran na blokowanie. Membrany m odyfikowane nanorurkami tytanianowymi były również przedmiotem zgłoszenia patentowego nr P.419843, dotyczącego otrzymywania membran polimerowych modyfikowanych TNT, wykazujących podwyższoną odporność na ścieranie. W pracy (D. Rana, T. Matsuura, Chem. Rev. 110 (2010) 2448-2471) opisano ograniczenie zjawiska foulingu poprzez dodatek związków poprawiających hydrofilowość membrany, takich jak: heparyna, betonit, kaolinit, ditlenek tytanu oraz tlenki metali, związków powodujących zwiększenie ładunku na powierzchni oraz zmniejszenie chropowatości membran polimerowych (np. kwas sulfonowy, czwartorzędowe związki amonowe). Jednakże brak jest informacji odnośnie wpływu sposobu dyspersji modyfikatora na poprawę odporności membran polimerowych na blokowanie. Wang i in. (T. Wang, Y. Wang, Y. Su, Z. Jiang, Colloids Surf., B 46 (2005) 233-239) przeanalizowali wpływ składu kąpieli żelującej na odporność membran polimerowych na blokowanie przez związki organiczne. W pracy nie opisano wpływu dodatku nanocząstek oraz sposobu ich dyspersji w roztworze błonotwórczym na ograniczenie rozwoju warstwy żelowej na powierzchni membrany.
Z literatury wynika, że osadzenie na powierzchni membrany lub wbudowanie w jej strukturę hydrofitowych nanocząstek, takich jak np. nanocząstki TiO2, poprawia właściwości hydrofitowe membran (J.-B. Li, J.-W. Zhu, M.-S. Zheng, J. Appl. Polym. Sci., 103 (2007) 3623-3629). Wzrost hydrofilowości membran przekłada się na ich wyższą przepuszczalność podczas filtracji wody. Nanocząstki TiO2 zmieniają strukturę membrany czyniąc ją bardziej porowatą i zmniejszając opór przenikania wody przez membranę. Li i współpracownicy (J.-B. Li, J.-W. Zhu, M.-S. Zheng, J. Appl. Polym. Sci., 103 (2007) 3623-3629) wykazali, że powyżej 3%mas. dodatku nano-TiO2 do matrycy membrany, przepuszczalność wody nie była wyższa, ponieważ cząstki TiO2 tworzyły agregaty negatywnie wpływające na strumień permeatu (J.-B. Li, J.-W. Zhu, M.-S. Zheng, J. Appl. Polym. Sci., 103 (2007) 3623-3629). Wynika z tego, że zarówno stężenie jak i rozproszenie nanomateriału podczas przygotowywania membran ma kluczowe znaczenie w uzyskaniu membran o podwyższonej przepuszczalności wody. Brak jest jednak w literaturze odniesienia do wpływu sposobu dyspersji w roztworze błonotwórczym nanocząstek, takich jak nanorurki tytanianowe na przepuszczalność membran.
PL 235 250 B1
Sposób przygotowywania roztworu błonotwórczego według wynalazku, polegający na zdyspergowaniu TNT w N,N-dimetyloformamidzie z zastosowaniem sonikacji, połączeniu otrzymanej zawiesiny z polieterosulfonem rozpuszczonym w N,N-dimetyloformamidzie, a następnie poddaniu powstałego roztworu mieszaniu i sonikacji, charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie otrzymuje się dyspersję nanorurek tytanianowych (TNT) w N,N-dimetyloformamidzie z zastosowaniem sonikacji przez 0,5-5,0 h, po czym dyspersję miesza się z roztworem polieterosulfonu w N,N-dimetyloformamidzie, a następnie mieszaninę poddaje się naprzemiennie co 15 minut przez 2 h działaniu ultradźwięków przy użyciu łaźni ultradźwiękowej, w temperatu rze 20-25°C oraz mieszaniu z grzaniem na mieszadle magnetycznym z prędkością 50 obr./min, w temperaturze 55-60°C. Tak otrzymany roztwór błonotwórczy pozostawia się do odgazowania, po czym nanosi na płyty szklane w celu wytworzenia membran metodą inwersji faz (wariant mokry) z zastosowaniem czystej wody jako kąpieli żelującej.
Zawartość TNT w roztworze błonotwórczym mieści się w zakresie 0,5-1,5%mas. w odniesieniu do masy polimeru, natomiast ilość polieterosulfonu wynosi 15% mas. w odniesieniu do całości. Do wytwarzania membran stosuje się nanorurki tytanianowe otrzymane metodą hydrotermalną, o średnicy wewnętrznej/zewnętrznej w zakresie, odpowiednio, od 4 nm do 8 nm oraz od 8 nm do 13 nm, oraz długości w zakresie od 74 do 164 nm. Do wytwarzania ultradźwięków stosuje się urządzenia o mocy 130-320 W, częstotliwości 20-40 kHz i amplitudzie 80%.
Zaletą zastosowania roztworu błonotwórczego według wynalazku jest znaczące poprawienie odporności membran na blokowanie przez substancje organiczne oraz zwiększenie przepuszczalności wody przez membrany.
Sposób według wynalazku bliżej objaśniony jest w przykładach wykonania.
P r z y k ł a d 1
Membranę Ml wytworzono metodą inwersji faz (wariant mokry) używając polieterosulfonu (PES) w postaci granulatu, N,N-dimetyloformamidu (DMF) jako rozpuszczalnika polimeru, wody o przewodności 0,066 pS/cm (Elix 3, Millipore) jako nierozpuszczalnika oraz nanorurek tytanianowych (TNT) jako modyfikatora, w ilości 0,5% mas. w stosunku do PES. Nanorurki tytanianowe otrzymano metodą hydrotermalną z ditlenku tytanu Aeroxide® TiO2 P25 na podstawie metodyki podanej w (S. Mozia, E. Borowiak-Paleń, J. Przepiórski, B. Grzmil, T. Tsumura, M. Toyoda, J. GrzechulskaDamszel, A.W. Morawski, J. Phys. Chem. Solids 71 (2010) 263-272). Według tej metody do naczynia teflonowego odważono 0,5 g TiO2 i dodano roztworu 10 mol/dm3 NaOH, po czym mieszaninę poddano działaniu ultradźwięków, a następnie umieszczono ją w autoklawie na okres 24 h w temperaturze 140°C. Po zakończeniu obróbki hydrotermalnej otrzymany osad przemywano wodą ultraczystą (18,2 MQ-cm w 25°C) i 0,1 mol/dm3 roztworem HCl, po czym suszono go w 80°C. Średnica wewnętrzna oraz zewnętrzna nanorurek wynosiła, odpowiednio, od 4 nm do 8 nm oraz od 8 nm do 13 nm; długość nanorurek wynosiła od 74 do 164 nm.
W celu przygotowania roztworu błonotwórczego do szklanej butelki wprowadzono 41,9 mg TNT oraz 10 cm3 rozpuszczalnika. Zawiesinę poddano działaniu ultradźwięków przy użyciu homogenizatora ultradźwiękowego (Sonics Vibro-cell VCX 130, 0 6 mm, 130 W, 20 kHz) przez 30 minut przy amplitudzie 80%. Tak otrzymaną dyspersję TNT w rozpuszczalniku dodano do uprzednio przygotowanego w drugiej szklanej butelce roztworu polieterosulfonu (8,38 g) w DMF (40 cm3) oraz całość wymieszano. Mieszaninę poddano działaniu ultradźwięków przy użyciu łaźni ultradźwiękowej (w temperaturze 20-25°C) oraz mieszaniu z grzaniem na mieszadle magnetycznym (50 obr./min) w temperaturze 55-60°C naprzemiennie co 15 minut przez 2 h i pozostawiono do odgazowania. Tak przygotowany roztwór błonotwórczy wylano w postaci filmu o grubości 100 pm za pomocą aplikatora automatycznego na szklanej płytce. Roztwór pozostawiono do odparowania na powietrzu przez ok. 5 sekund przed zanurzeniem w kąpieli nierozpuszczalnika (woda o przewodności 0,066 pS/cm) o temperaturze 20±1°C. Gotową membranę pozostawiono na 24 h w nierozpuszczalniku w celu wypłukania pozostałości rozpuszczalnika.
Do określenia odporności na blokowanie membrany Ml zastosowano instalację do ultrafiltracji wyposażoną w moduł membranowy ze stali nierdzewnej, pompę tłokową oraz zbiornik nadawy. Ciśnienie regulowano za pomocą zaworu iglicowego. Roztwór zasilający (nadawa) kierowany był do modułu membranowego ulegając podziałowi na dwa strumienie: permeat i retentat. Ciśnienie transmembranowe stosowane podczas procesu wynosiło ΔΡ = 0,2 MPa. Temperaturę nadawy utrzymywano na poziomie 20±1°C. Podczas procesu ultrafiltracji wody o przewodności 0,066 pS/cm
PL 235 250 B1 (Elix 3, Millipore) mierzono maksymalny strumień permeatu (Jmax). Odporność membran na blokowanie przez substancje organiczne określano na podstawie wartości strumienia permeatu uzyskanego podczas ultrafiltracji roztworu surowiczej albuminy wołowej (BSA) o stężeniu 1 g/dm3 (Jbsa).
Dla porównania przeprowadzono również badania membrany z polieterosulfonu przygotowanej według tego samego sposobu. Jednak niezawierającej nanorurek tytanianowych (M0).
W czasie procesu ultrafiltracji roztworu BSA przez membranę M1 strumień permeatu (Jbsa) obniżył się o 41 % w stosunku do wartości strumienia mierzonego w odniesieniu do wody (Jmax). Spadek ten był mniejszy niż w przypadku membrany M0, gdzie strumień permeatu Jbsa obniżył się o 56%.
P r z v k ł a d 2
Membranę M2 wytworzono metodą inwersji faz (wariant mokry) używając polieterosulfonu w postaci granulatu, N,N-dimetyloformamidu (DMF) jako rozpuszczalnika polimeru, wody o przewodności 0,066 μS/cm (Elix 3, Millipore) jako nierozpuszczalnika oraz nanorurek tytanianowych (TNT) jako modyfikatora, w ilości 1,5%mas. w stosunku do PES. Nanorurki tytanianowe otrzymano metodą jak w przykładzie pierwszym.
W celu przygotowania roztworu błonotwórczego do szklanej butelki wprowadzono 125,7 mg TNT oraz 10 cm3 rozpuszczalnika. Zawiesinę poddano działaniu ultradźwięków przy użyciu homogenizatora ultradźwiękowego (Sonics Vibro-cell VCX 130,0 6 mm, 130 W, 20 kHz) przez 30 minut przy amplitudzie 80%. Tak otrzymaną dyspersję TNT w rozpuszczalniku dodano do uprzednio przygotowanego w drugiej szklanej butelce roztworu polieterosulfonu (8,38 g) w DMF (40 cm3) oraz całość wymieszano. Mieszaninę poddano działaniu ultradźwięków przy użyciu łaźni ultradźwiękowej (w temperaturze 20-25°C) oraz mieszaniu z grzaniem na mieszadle magnetycznym (50 obr./min) w temperaturze 55-60°C naprzemiennie co 15 minut przez 2 h i pozostawiono do odgazowania. Tak przygotowany roztwór błonotwórczy wylano w postaci filmu o grubości 100 μm za pomocą aplikatora automatycznego na szklanej płytce. Roztwór pozostawiono do odparowania na powietrzu przez ok. 5 sekund przed zanurzeniem w kąpieli nierozpuszczalnika (woda o przewodności 0,066 μS/cm) o temperaturze 20±1°C. Gotową membranę pozostawiono na 24 h w nierozpuszczalniku w celu wypłukania pozostałości rozpuszczalnika.
Membranę M2 poddano ocenie odporności na blokowanie przez substancje organiczne według procedury opisanej w przykładzie pierwszym. W czasie procesu ultrafiltracji roztworu BSA przez membranę M2 strumień permeatu (Jbsa) obniżył się o 46% w stosunku do wartości strumienia mierzonego w odniesieniu do wody (Jmax). Spadek ten był mniejszy niż w przypadku membrany M0, gdzie strumień permeatu Jbsa obniżył się o 56%.
P r z v k ł a d 3
Membranę M3 wytworzono metodą inwersji faz (wariant mokry) używając polieterosulfonu w postaci granulatu, N,N-dimetyloformamidu (DMF) jako rozpuszczalnika polimeru, wody o przewodności 0,066 μS/cm (Elix 3, Millipore) jako nierozpuszczalnika oraz nanorurek tytanianowych (TNT) jako modyfikatora, w ilości 1%mas. w stosunku do polieterosulfonu. Nanorurki tytanianowe otrzymano metodą, jak w przykładzie pierwszym.
W celu przygotowania roztworu błonotwórczego do szklanej butelki wprowadzono 83,8 mg TNT oraz 10 cm3 rozpuszczalnika. Zawiesinę poddano działaniu ultradźwięków przy użyciu łaźni ultradźwiękowej (Polsonic Sonic-6D, 320 W, 40 kHz) przez 5 h w celu dyspersji TNT w rozpuszczalniku. Tak otrzymaną dyspersję TNT dodano do uprzednio przygotowanego w drugiej szkl anej butelce roztworu polieterosulfonu (8,38 g) w DMF (40 cm3) oraz całość wymieszano. Mieszaninę poddano działaniu ultradźwięków przy użyciu łaźni ultradźwiękowej (w temperaturze 20-25°C) oraz mieszaniu z grzaniem na mieszadle magnetycznym (50 obr./min) w temperaturze 55-60°C naprzemiennie co 15 minut przez 2 h i pozostawiono do odgazowania. Tak przygotowany roztwór błonotwórczy wylano w postaci filmu o grubości 100 μm za pomocą aplikatora automatycznego na szklanej płytce. Roztwór pozostawiono do odparowania na powietrzu przez ok. 5 sekund przed zanurzeniem w kąpieli nierozpuszczalnika (woda o przewodności 0,066 μS/cm) o temperaturze 20±1°C. Gotową membranę pozostawiono na 24 h w nierozpuszczalniku w celu wypłukania pozostałości rozpuszczalnika.
PL 235 250 B1
Do określenia właściwości transportowych membrany M3 zastosowano instalację do ultrafiltracji wyposażoną w moduł membranowy ze stali nierdzewnej, pompę tłokową oraz zbiornik nadawy. Ciśnienie regulowano za pomocą zaworu iglicowego. Roztwór zasilający (nadawa) kierowany był do modułu membranowego ulegając podziałowi na dwa strumienie: permeat i retentat. Ciśnienie transmembranowe stosowane podczas procesu wynosiło AP = 0,3 MPa. Temperaturę nadawy utrzymywano na poziomie 20±1°C. Podczas procesu ultrafiltracji wody o przewodności 0,066 pS/cm (Elix 3, Millipore) mierzono strumień permeatu.
Dla porównania przeprowadzono również badania membrany z polieterosulfonu przygotowanej według tego samego sposobu, jednak niezawierającej nanorurek tytanianowych (M0).
Przepuszczalność membrany M3 podczas ultrafiltracji wody była o 21% wyższa niż membrany niemodyfikowanej (M0). Wartości strumieni permeatu dla membran M0 i M3 wynosiły, odpowiednio 426 dm3/m2h i 542 dm3/m2h.
P r z v k ł a d 4
Membranę M4 wytworzono metodą inwersji faz (wariant mokry) używając polieterosulfonu w postaci granulatu, N,N-dimetyloformamidu (DMF) jako rozpuszczalnika polimeru, wody o przewodności 0,066 pS/cm (Elix 3, Millipore) jako nierozpuszczalnika oraz nanorurek tytanianowych (TNT) jako modyfikatora, w ilości 1%mas. w stosunku do PES. Nanorurki tytanianowe otrzymano metodą jak w przykładzie pierwszym.
W celu przygotowania roztworu błonotwórczego do szklanej butelki wprowadzono 83,8 mg TNT oraz 10 cm3 rozpuszczalnika. Zawiesinę poddano działaniu ultradźwięków przy użyciu homogenizatora ultradźwiękowego (Sonies Vibro-cell VCX 130, 0 6 mm, 130 W, 20 kHz) przez 30 minut przy amplitudzie 80%. Tak otrzymaną dyspersję TNT w rozpuszczalniku dodano do uprzednio przygotowanego w drugiej szklanej butelce roztworu polieterosulfonu (8,38 g) w DMF (40 cm3) oraz całość wymieszano. Mieszaninę poddano działaniu ultradźwięków przy użyciu łaźni ultradźwiękowej (w temperaturze 20-25°C) oraz mieszaniu z grzaniem na mieszadle magnetycznym (50 obr ./min) w temperaturze 55-60°C naprzemiennie co 15 minut przez 2 h i pozostawiono do odgazowania. Tak przygotowany roztwór błonotwórczy wylano w postaci filmu o grubości 100 pm za pomocą aplikatora automatycznego na szklanej płytce. Roztwór pozostawiono do odparowania na powietrzu p rzez ok. 5 sekund przed zanurzeniem w kąpieli nierozpuszczalnika (woda o przewodności 0,066 pS/cm) o temperaturze 20±1°C. Gotową membranę pozostawiono na 24 h w nierozpuszczalniku w celu wypłukania pozostałości rozpuszczalnika.
Właściwości transportowe membrany M4 określono według procedury opisanej w przykładzie trzecim. Podczas ultrafiltracji wody o przewodności 0,066 pS/cm (Elix 3, Millipore) przepuszczalność membrany M4 była o 34% wyższa niż membrany niemodyfikowanej (M0). Wartości strumieni permeatu dla membran M0 i M4 wynosiły, odpowiednio 426 dm3/m2h i 644 dm3/m2h.
P r z v k ł a d 5
Zastosowano membranę M1 przygotowaną zgodnie z procedurą przedstawioną w przykładzie pierwszym. Właściwości transportowe membrany M1 określono według procedury opisanej w przykładzie trzecim. Podczas ultrafiltracji wody o przewodności 0,066 pS/cm (Elix 3, Millipore) przepuszczalność membrany M1 była o 15% wyższa niż membrany niemodyfikowanej (M0). Wartości strumieni permeatu dla membran M0 i M1 wynosiły, odpowiednio 426 dm3/m2h i 502 dm3/m2h.
P r z v k ł a d 6
Zastosowano membranę M2 przygotowaną zgodnie z procedurą przedstawioną w przykładzie drugim. Właściwości transportowe membrany M2 określono według procedury opisanej w przykładzie trzecim. Podczas ultrafiltracji wody o przewodności 0,066 pS/cm (Elix 3, Millipore) przepuszczalność membrany M2 była o 24% wyższa niż membrany niemodyfikowanej (MO). Wartości strumieni permeatu dla membran M0 i M2 wynosiły, odpowiednio 426 dm3/m2h i 561 dm3/m2h.
Claims (4)
1. Sposób otrzymywania roztworu błonotwórczego do wytwarzania membran polimerowych o podwyższonej odporności na blokowanie przez substancje organiczne oraz podwyższonej przepuszczalności wody, polegający na zdyspergowaniu TNT w N,N-dimetyloformamidzie z zastosowaniem sonikacji, połączeniu otrzymanej zawiesiny z polieterosulfonem rozpuszczonym w N,N-dimetyloformamidzie, a następnie poddaniu powstałego roztworu mieszaniu i sonikacji, znamienny tym, że ultradźwięki podczas dyspergowania nanorurek w N,N-dimetyloformamidzie stosuje się przez 0,5-5,0 h, po czym dyspersję miesza się z roztworem polieterosulfonu w N,N-dimetyloformamidzie, a otrzymaną mieszaninę poddaje się naprzemiennie co 15 minut przez 2 h działaniu ultradźwięków przy użyciu łaźni ultradźwiękowej, w temperaturze 20-25°C oraz mieszaniu z grzaniem na mieszadle magnetycznym z prędkością 50 obr./minutę, w temperaturze 55-60°C i tak otrzymany roztwór błonotwórczy pozostawia się do odgazowania.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że polieterosulfon stosuje się w ilości 15%mas., a nanorurki tytanianowe w ilości 0,5-1,5%mas. w stosunku do polieterosulfonu.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się nanorurki tytanianowe otrzymane metodą hydrotermalną, o średnicy wewnętrznej/zewnętrznej w zakresie, odpowiednio, od 4 nm do 8 nm oraz od 8 nm do 13 nm, oraz długości w zakresie od 74 do 164 nm.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do wytwarzania ultradźwięków stosuje się urządzenia o mocy 130-320 W, częstotliwości 20-40 kHz i amplitudzie 80%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL424458A PL235250B1 (pl) | 2018-02-02 | 2018-02-02 | Sposób otrzymywania roztworu błonotwórczego do wytwarzania membran polimerowych o podwyższonej odporności na blokowanie przez substancje organiczne oraz podwyższonej przepuszczalności wody |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL424458A PL235250B1 (pl) | 2018-02-02 | 2018-02-02 | Sposób otrzymywania roztworu błonotwórczego do wytwarzania membran polimerowych o podwyższonej odporności na blokowanie przez substancje organiczne oraz podwyższonej przepuszczalności wody |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL424458A1 PL424458A1 (pl) | 2019-08-12 |
| PL235250B1 true PL235250B1 (pl) | 2020-06-15 |
Family
ID=67549895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL424458A PL235250B1 (pl) | 2018-02-02 | 2018-02-02 | Sposób otrzymywania roztworu błonotwórczego do wytwarzania membran polimerowych o podwyższonej odporności na blokowanie przez substancje organiczne oraz podwyższonej przepuszczalności wody |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL235250B1 (pl) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103977717A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-13 | 山东招金膜天有限责任公司 | 一种抗生物污染聚醚砜中空纤维超滤膜及其制备方法 |
| CN106861467A (zh) * | 2015-12-13 | 2017-06-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种改性亲水纳米二氧化钛掺杂的正渗透膜及其制备 |
| PL232154B1 (pl) * | 2016-12-16 | 2019-05-31 | Zachodniopomorski Univ Technologiczny W Szczecinie | Sposób otrzymywania membran polimerowych modyfikowanych nanorurkami tytanianowymi |
-
2018
- 2018-02-02 PL PL424458A patent/PL235250B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL424458A1 (pl) | 2019-08-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pang et al. | Preparation and characterization of ZrO2/PES hybrid ultrafiltration membrane with uniform ZrO2 nanoparticles | |
| Sun et al. | Hydrophilic hollow zeolitic imidazolate framework-8 modified ultrafiltration membranes with significantly enhanced water separation properties | |
| Sotto et al. | Doping of polyethersulfone nanofiltration membranes: antifouling effect observed at ultralow concentrations of TiO 2 nanoparticles | |
| CN109847586B (zh) | 高通量反渗透膜及其制备方法和用途 | |
| Arsuaga et al. | Influence of the type, size, and distribution of metal oxide particles on the properties of nanocomposite ultrafiltration membranes | |
| Zhang et al. | Effect of modified attapulgite addition on the performance of a PVDF ultrafiltration membrane | |
| Moghimifar et al. | Enhancing the antifouling property of polyethersulfone ultrafiltration membranes using NaX zeolite and titanium oxide nanoparticles | |
| Yuan et al. | Preparation of poly (vinylidene fluoride)(PVDF)/acetalyzed poly (vinyl alcohol) ultrafiltration membrane with the enhanced hydrophilicity and the anti-fouling property | |
| CN104248915B (zh) | 一种提高亲水性的增强型平板复合微孔膜的制备方法 | |
| CN101274220A (zh) | 聚苯胺纳米纤维共混复合膜的制备方法 | |
| Zhao et al. | Polyelectrolyte complex nanofiltration membranes: performance modulation via casting solution pH | |
| CN102091540A (zh) | 磺化聚醚砜/TiO2纳米复合超滤膜制备方法 | |
| Tafreshi et al. | Environmentally Friendly modification of polysulfone ultrafiltration membrane using organic plant-derived nanoparticles prepared from basil seed gum (BSG) and Ar/O2 low-pressure plasma | |
| Khulbe et al. | Recent progresses in preparation and characterization of RO membranes | |
| CN116371211B (zh) | 一种亲水复合膜的制备方法 | |
| CN103785300A (zh) | 一种醋酸纤维素超滤膜共混改性方法 | |
| Etemadi et al. | Preparation and performance evaluation of cellulose acetate/nanodiamond nanocomposite membrane in the treatment of pharmaceutical wastewater by membrane bioreactor | |
| CN111420564B (zh) | 一种含氧化石墨烯的无机复合分离膜及其制备方法与应用 | |
| Dastbaz et al. | The effect of functionalized MWCNT and SDS on the characteristic and performance of PAN ultrafiltration membrane | |
| Sotto et al. | Nanofiltration membranes enhanced with TiO2 nanoparticles: a comprehensive study | |
| CN102512987B (zh) | 一种高通量的聚偏氟乙烯中空纤维膜的制备方法 | |
| Guo et al. | A high flux ultrafiltration membrane with a multi-hydrophilic particle additive and controlled self-assembly of micellar particles | |
| PL235250B1 (pl) | Sposób otrzymywania roztworu błonotwórczego do wytwarzania membran polimerowych o podwyższonej odporności na blokowanie przez substancje organiczne oraz podwyższonej przepuszczalności wody | |
| CN103861464A (zh) | 一种分子筛微粉修饰改性聚偏氟乙烯膜的制备方法 | |
| Abdul-Majeed et al. | Effect of adding arabic gum and zinc oxide nanoparticles to MBR membranes supported by carbon nanotubes for ultrafiltration process of dairy wastewater |