PL243023B1 - Kompozytowy materiał membranowy do odwadniania związków organicznych, sposób jego otrzymywania i zastosowanie - Google Patents
Kompozytowy materiał membranowy do odwadniania związków organicznych, sposób jego otrzymywania i zastosowanie Download PDFInfo
- Publication number
- PL243023B1 PL243023B1 PL437638A PL43763821A PL243023B1 PL 243023 B1 PL243023 B1 PL 243023B1 PL 437638 A PL437638 A PL 437638A PL 43763821 A PL43763821 A PL 43763821A PL 243023 B1 PL243023 B1 PL 243023B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- sub
- membrane
- membrane material
- hours
- solution
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 41
- 238000005373 pervaporation Methods 0.000 claims abstract description 28
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 19
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 9
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229920006037 cross link polymer Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims abstract description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims description 12
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 12
- SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N Glutaraldehyde Chemical compound O=CCCCC=O SXRSQZLOMIGNAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 11
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- BRLQWZUYTZBJKN-UHFFFAOYSA-N Epichlorohydrin Chemical compound ClCC1CO1 BRLQWZUYTZBJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims description 6
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims description 6
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 claims description 6
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- KSEBMYQBYZTDHS-HWKANZROSA-M (E)-Ferulic acid Natural products COC1=CC(\C=C\C([O-])=O)=CC=C1O KSEBMYQBYZTDHS-HWKANZROSA-M 0.000 claims description 4
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 4
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 4
- KSEBMYQBYZTDHS-HWKANZROSA-N ferulic acid Chemical compound COC1=CC(\C=C\C(O)=O)=CC=C1O KSEBMYQBYZTDHS-HWKANZROSA-N 0.000 claims description 4
- 229940114124 ferulic acid Drugs 0.000 claims description 4
- KSEBMYQBYZTDHS-UHFFFAOYSA-N ferulic acid Natural products COC1=CC(C=CC(O)=O)=CC=C1O KSEBMYQBYZTDHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000001785 ferulic acid Nutrition 0.000 claims description 4
- QURCVMIEKCOAJU-UHFFFAOYSA-N trans-isoferulic acid Natural products COC1=CC=C(C=CC(O)=O)C=C1O QURCVMIEKCOAJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 3
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- CTKINSOISVBQLD-UHFFFAOYSA-N Glycidol Chemical compound OCC1CO1 CTKINSOISVBQLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920001479 Hydroxyethyl methyl cellulose Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 43
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 6-{[2-carboxy-4,5-dihydroxy-6-(phosphanyloxy)oxan-3-yl]oxy}-4,5-dihydroxy-3-phosphanyloxane-2-carboxylic acid Chemical compound O1C(C(O)=O)C(P)C(O)C(O)C1OC1C(C(O)=O)OC(OP)C(O)C1O FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 description 6
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 6
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 6
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- -1 poly(vinyl alcohol) Polymers 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001046 Nanocellulose Polymers 0.000 description 2
- PQLVXDKIJBQVDF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;hydrate Chemical compound O.CC(O)=O PQLVXDKIJBQVDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 description 2
- JAWGVVJVYSANRY-UHFFFAOYSA-N cobalt(3+) Chemical compound [Co+3] JAWGVVJVYSANRY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012456 homogeneous solution Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001337 iron nitride Inorganic materials 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 2
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002113 nanodiamond Substances 0.000 description 1
- 229920005615 natural polymer Polymers 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 229910000108 silver(I,III) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000007614 solvation Methods 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/12—Composite membranes; Ultra-thin membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
- B01D67/0079—Manufacture of membranes comprising organic and inorganic components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/022—Metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/08—Polysaccharides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/06—Organic material
- B01D71/38—Polyalkenylalcohols; Polyalkenylesters; Polyalkenylethers; Polyalkenylaldehydes; Polyalkenylketones; Polyalkenylacetals; Polyalkenylketals
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest kompozytowy materiał membranowy do odwadniania związków organicznych, szczególnie niskocząsteczkowych alkoholi C<sub>1</sub> – C<sub>8</sub>, który charakteryzuje się tym, że składa się z usieciowanej matrycy polimerowej, która stanowi co najmniej 75%<sub>wag.</sub> membrany oraz magnetycznego wypełnienia neodymowego, które stanowi do 25%<sub>wag.</sub> membrany. Zgłoszenie zawiera też sposób otrzymywania materiału membranowego do odwadniania związków organicznych, który polega na tym, że przygotowuje się jednorodną mieszaninę polimeru z magnetycznym wypełnieniem neodymowym poprzez sporządzenie roztworu wodnego polimeru o stężeniu 0,5 – 15%<sub>wag.</sub> którego pH w zakresie 5,5 – 7,5 reguluje kwasem octowym, a całość miesza się mieszadłem magnetycznym z intensywnością mieszania 300 - 1500 obr./min w czasie od 2 do 72 godzin, po czym do tak otrzymanego roztworu dodaje się 0,001 - 3.000 g wypełnienie magnetyczne, które stanowi do 25%<sub>wag.</sub> membrany, kontynuuje się mieszanie przez 0,5 do 3 godzin i poddaje się końcowej homogenizacji ultradźwiękami w czasie od 20 do 90 minut, otrzymany homogeniczny roztwór polimeru z wypełnieniem magnetycznym suszy się w temperaturze 20 - 50°C, korzystnie 30°C w czasie 24 - 60 godzin; sieciuje 30 - 120 ml środkiem sieciującym w czasie od 10 minut do 42 godzin, usuwa środek sieciujący, a membranę przemywa się kilkukrotnie wodą dejonizowaną. Zgłoszenie obejmuje też przedmiotowego kompozytowego materiału membranowego zastosowanie w procesie perwaporacji, w szczególności do odwadniania niskocząsteczkowych alkoholi, gdzie membrana wykazuje bardzo wysoką selektywność.
Description
Przedmiotem wynalazku jest kompozytowy materiał membranowy do separacji cieczy, odwadniania związków organicznych, sposób jego otrzymywania i zastosowanie, w szczególności do odwadniania niskocząsteczkowych alkoholi takich jak etanol, izopropanol, czy butanol.
Techniki separacji membranowej stanowią szybko rozwijającą się gałąź przemysłu chemicznego ze względu na wysoką czystość rozdzielonych składników oraz niskie koszty procesu, w porównaniu z konwencjonalnymi metodami rozdziału. Ponadto możliwość zastosowania ich jako membrany materiałów nietoksycznych i biodegradowalnych oraz o wysokiej wytrzymałości mechanicznej i termicznej, co znacznie poszerza zakres możliwości stosowania tych materiałów.
Jedną z istotnych technik membranowych rozdzielania mieszanin ciekłych jest perwaporacją, której kluczowe zastosowania obejmują usuwanie pozostałości wody z ciekłych mieszanin organicznych, rozdzielanie ciekłych układów organiczno-organicznych nieznacznie różniących się wartością temperatury wrzenia składników mieszaniny i głębokie odwadnianie mieszanin jednorodnych przedstawione w F. Lipnizki, R.-W. Field, P.-K. Ten, Pervaporation-based hybrid process: a review of process design, applications and economics, J. Membr. Sci. 153 (1999) 183-210. Membrany wykorzystywane w tej technice powinny wykazywać wysoką selektywność w sorpcji i rozpuszczalności cząsteczek rozdzielanych substancji. Decydują o tym przede wszystkim: materiał matrycy polimerowej i właściwości wypełnienia. Jako wypełnienia matryc polimerowych dotychczas stosowane były m.in. zeolity przedstawio ne w S.-L. Wee, C.-T. Tye, S. Bhatia, Membrane separation proces- Pervaporation through zeolite membrane, Sep. Purif. Technol. 63 (2008) 500-516, krzemionki ukazane w H. Nagasawa, T. Tsuru, Current Trends and Future Developments on (Bio-) Membranes. Chapter 9 - Silica Membrane Application for Pervaporation Process, Silica Membranes: Preparation, Modelling, Application, and Commercialization (2017) 217-241, nanorurki węglowe w M.A. Tofighy, T. Mohammadi, Polymer Nanocomposite Membranes for Pervaporation. 5 - Carbon nanotubes-polymer nanocomposite membranes for pervaporation, Micro and Nano Technologies (2020) 105-133, metale i ich tlenki: FesO4, Fe2O3, TO2, Ag2O, Cr2O3 w S.K. Ray, A. Banerjee, S. Choudhury, D. Pyne, Polymer Nanocomposite Membranes for Pervaporation. 10 - Nanometal and metal oxide-based polymer nanocomposite membranes for pervaporation, Micro and Nano Technologies (2020) 231-262 i G. Dudek, R. Turczyn, M. Gnus, K. Konieczny, Pervaporative dehydration of ethanol/water mixture through hybryd alginate membranes with ferroferic oxide nanoparticles, Sep. Purif. Technol.193 (2018) 398-407, grafen przedstawiony w M. B. S. Lakshmi, B. Francis, Polymer Nanocomposite Membranes for Pervaporation. 6 - Graphene-based polymer nanocomposite membranes for pervaporation, Micro and Nano Technologies (2020) 135-152, struktury metaloorganiczne (MOF) w P. Qin, Z. Si, H. Shan, D. Cai, Polymer Nanocomposite Membranes for Pervaporation. 13 - Polymer/metal-organic frameworks membranes and pervaporation, Micro and Nano Technologies (2020) 329-354, nanoceluloza w J. Joy, N. George, C.J. Chirayil, R. Wilson, Polymer Nanocomposite Membranes for Pervaporation.2 - Nanocellulose/polymer nanocomposite membranes for pervaporation application, Micro and Nano Technologies (2020) 17-34, fullereny i nanodiamenty w J. Neetha, Polymer Nanocomposite Membranes for Pervaporation.7 - Fullerene and nanodiamondbased polymer nanocomposite membranes and their pervaporation performances, Micro and Nano Technologies (2020) 153-173 oraz wypełnienia organiczne w postaci sub-mikrocząstek polimerowych, np. chitozanu i jego pochodnych w G. Dudek, R. Turczyn, K. Konieczny, Robust poly(vinyl alcohol) membranes containing chitosan/chitosan derivatives microparticles for pervaporative dehydration of ethanol. Sep. Purif. Technol. 234 (2020) 116094.
Wypełnienia te dzięki swoim właściwościom zwiększają efektywność rozdziału składników separowanej mieszaniny. Jako wypełnienie membran polimerowych stosuje się również cząstki magnetyczne o różnych właściwościach magnetycznych.
Dotychczas w procesie perwaporacji, jako wypełnienia magnetyczne zastosowano m.in. tlenek żelaza Fe3O4, proszki składające się z metalicznego żelaza przedstawione w S. Chen, R. Liou, C. Lai, M. Hung, M. Tsai, S. Huang, Embedded nano-iron polysulfone membrane for dehydration ofthe ethanol/water mixtures by pervaporation. Desalination, 234 (2008) 221-231, kompleksy kobaltu w R, Veerapur, K. Gudasi, M. Sairam, R. Shenoy, M. Netaji, K. Raju, B. Shreedhar, T. Aminabhavi, Novel sodium alginate composite membranes prepared by incorporating cobalt(III) complex particles used in pervaporation separation of water-acetic acid mixtures at different temperatures. J. Mater. Sci. 42 (2007) 4406-4417 oraz nanocząstki azotku żelaza ukazane w E. Haye, C.S. Chang, G. Dudek, T. Hauet, J. Ghanbaja, Y. Busby, N. Job, L. Houssiau, J. Pireaux, Tuning the Magnetism of Plasma-Synthesized
Iron Nitride Nanoparticles: Application in Pervaporative Membranes, ACS Appl. Nano Mater., 2 (2019) 2484-2493.
W literaturze został opisany wpływ dodatku różnych ilości tlenku żelaza (II, III) - magnetytu do usieciowanej matrycy alginianowej na rozdział mieszaniny etanol-woda przedstawiony w G. Dudek, R. Turczyn, M. Gnus, K. Konieczny, Pervaporative dehydration of ethanol/water mixture through hybryd alginate membranes with ferroferic oxide nanoparticles, Sep. Purif. Technol. 193 (2018) 398-407. Ze względu na odmienny sposób oddziaływania wody i etanolu z substancjami posiadającymi właściwości magnetyczne możliwe było uzyskanie wysokiego stopnia rozdziału, o czym świadczy wartość współczynnika separacji α = 133.24 dla membrany alginianowej sieciowanej aldehydem glutarowym zawierającej 15%wag magnetytu. Materiał ten wykazywał również wysoką wytrzymałość mechaniczną.
Shih-Hsiung Chen R. Liou, C. Lai, M. Hung, M. Tsai, S. Huang, Embedded nano-iron polysulfone membrane for dehydration of the ethanol/water mixtures by pervaporation. Desalination, 234 (2008) 221-231 przebadali wpływ dodatku nanocząstek metalicznego żelaza do matrycy polisulfonowej na efektywność procesu odwadniania mieszaniny etanol-woda i stwierdzili, że dodatek nanocząstek nieznacznie zwiększa strumień permeatu oraz silnie wpływa na wzrost współczynnika separacji dzięki interakcji pomiędzy nanocząstkami żelaza, a matrycą polimerową. Dzięki temu, że struktura polimeru ulega uporządkowaniu, zwiększa się hydrofilowość polisulfonowej membrany zawierającej nanocząstki żelaza. Uzyskane wyniki separacyjne jednoznacznie wskazują na wysoką efektywność procesu przy zastosowaniu takiego materiału np. α = 50 000 oraz strumień permeatu J = 350 g/m2h.
W pracy naukowej R. Veerapur, K. Gudasi, M. Sairam, R. Shenoy, M. Netaji, K. Raju, B. Shreedhar, T. Aminabhavi, Novel sodium alginate composite membranes prepared by incorporating cobalt(III) complex particles used in pervaporation separation of water-acetic acid mixtures at different temperatures. J. Mater. Sci. 42 (2007) 4406-4417 został opisany wpływ dodatku kompleksów kobaltu do matrycy alginianowej na proces rozdziału mieszaniny woda/kwas octowy przy zastosowaniu procesu perwaporacji. Wyniki badań wskazują na zwiększenie wydajności odwadniania kwasu octowego na membranach z wypełnieniem ze względu na tworzące się kanały wodne w sieci krystalicznej kompleksu Co(III). Najlepszą wydajność w procesie usuwania wody z roztworu kwasu octowego wykazała membrana NaAlg/Co(III)-5, dla której selektywność wyniosła β = 174 a strumień J = 0.123 kg/m2h.
Rozwiązaniem technicznym wymagającym rozwiązania jest opracowanie nowego, innowacyjnego i wysokoefektywnego materiału kompozytowego w postaci nieporowatej membrany polimerowej na bazie hydrofilowych polimerów naturalnych i syntetycznych o zmodyfikowanej strukturze zawierającego jeden z szeregu komercyjnych proszków neodymowych o właściwościach magnetycznych, z rodziny MQFP, MQA, MQP, MQU (na przykład MQFP-14-12). Hydrofilową matrycę polimerową membrany stanowił chitozan, alginian sodu, polialkohol winylowy) lub wodorozpuszczalne pochodne celulozy. W zależności od stosowanego polimeru do jego usieciowania używano różnych środków sieciujących, między innymi: kwas siarkowy(VI), epichlorohydrynę, czy jony wapnia, co jest szeroko opisane w literaturze Z. Cui, Y. Xiang, J. Si, M. Yang, Q. Zhang, T. Zhang, Ionic interactions between sulfuric acid and chitosan membranes, Carbohydr. Polym. 73 (2008) 111-116 oraz F. Marrakchi, B. H. Hameed, E. H. Hummadi, Mesoporous biohybrid epichlorohydrin crosslinked chitosan/carbon-clay adsorbent for effective cationic and anionic dyes adsorption, Int. J. Biol. Macromol. 163 (2020) 1079-1086.
Kompozytowy materiał membranowy do odwadniania związków organicznych, szczególnie niskocząsteczkowych alkoholi C1-C8 charakteryzuje się tym, że składa się z usieciowanej matrycy polimerowej, która stanowi co najmniej 75%wag. membrany oraz magnetycznego wypełnienia neodymowego, które stanowi do 25%wag. membrany.
Korzystnie w kompozytowym materiale membranowym według wynalazku jako matrycę polimerową stosuje się chitozan, alginian sodu, poli(alkohol winylowy), wodorozpuszczalne pochodne celulozy, tj. hydroksyetyloceluloza, metylohydroksyetyloceluloza, karboksymetyloceluloza, hydroksypropyloceluloza i ich blendy o różnych masach cząsteczkowych od 2 do 800 kDa.
Korzystnie w kompozytowym materiale membranowym według wynalazku jako środki sieciujące stosuje się kwas siarkowy (VI), epichlorohydrynę, bezwodnik maleinowy, jony wapnia, kwas fosforowy (V), aldehyd glutarowy, glicydol, kwas cytrynowy, kwas ferulowy.
Korzystnie w kompozytowym materiale membranowym według wynalazku jako magnetyczne wypełnienie stosuje się proszki neodymowe typu MQFP, MQFP- B+, MQA, MQP, MQU o różnych wielkościach uziarnienia od 0.05 do 100 μm.
Korzystnie w kompozytowym materiale membranowym według wynalazku jako niskocząsteczkowy alkohol stosuje się etanol, izopropanol lub butanol.
Sposób otrzymywania materiału membranowego do odwadniania związków organicznych polega na tym, że przygotowuje się jednorodną mieszaninę polimeru z magnetycznym wypełnieniem neodymowym poprzez sporządzenie roztworu wodnego polimeru o stężeniu 0.5-15%wag, którego pH w zakresie 5.5-7.5 reguluje kwasem octowym, a całość miesza się mieszadłem magnetycznym z intensywnością mieszania 300-1500 obr./min w czasie od 2 do 72 godzin, po czym do tak otrzymanego roztworu dodaje się 0.001-3.000 g wypełnienie magnetyczne, które stanowi do 25%wag. membrany, kontynuuje się mieszanie przez 0.5 do 3 godzin i poddaje się końcowej homogenizacji ultradźwiękami w czasie od 20 do 90 minut, otrzymany homogeniczny roztwór polimeru z wypełnieniem magnetycznym suszy się w temperaturze 20-50°C, korzystnie 30°C w czasie 24-60 godzin; sieciuje 30-120 ml środkiem sieciującym w czasie od 10 minut do 42 godzin, usuwa środek sieciujący, a membranę przemywa się kilkukrotnie wodą dejonizowaną.
Korzystnie w sposobie otrzymywania materiału membranowego według wynalazku jako środek sieciujący stosuje się roztwór kwasu siarkowego (VI) lub epichlorohydryny lub kwasu fosforowego (V), lub kwasu cytrynowego lub aldehydu glutarowego lub bezwodnika maleinowego lub dobrze rozpuszczalnej soli wapnia lub kwasu ferulowego.
Kompozytowy materiał membranowy do odwadniania związków organicznych określony zastrz. 1 i otrzymany sposobem określonym zastrz. 6 znajduje zastosowanie w procesie perwaporacji, w szczególności do odwadniania niskocząsteczkowych alkoholi, gdzie membrana wykazuje bardzo wysoką selektywność.
Kompozytowy materiał według wynalazku znajduje zastosowanie w procesach odwadniania metodą perwaporacji. Szczególnie istotne jest odwadnianie niskocząsteczkowych alkoholi, w procesie którym membrana wykazuje bardzo wysoką selektywność.
Z przeprowadzonych badań laboratoryjnych jednoznacznie wynika, iż dodatek proszków neodymowych z rodziny MQFP, MQA, MQP lub MQU do wybranych matryc polimerowych korzystnie wpływa na właściwości separacyjne membran. Świadczy o tym znaczący wzrost współc zynnika separacji (α) tych membran z 25, dla niemodyfikowanej membrany z alginianu sodu do nawet 1100 w przypadku membrany zawierającej wypełnienie w postaci proszku MQFP w ilości 1%wag.. Strumień substancji dyfundującej - permeatu (J) wynosił w tym przypadku pomiędzy 8 000, a 15 000 g/m2h, w zależności od ilości użytego wypełnienia. Dla opisywanego materiału wartość tzw. perwaporacyjnego indeksu separacji PSI wynosiła od 650 do około 7 000 kg/m2h. Obserwowany wzrost efektywności membran ma związek z odmiennym zachowaniem się cząstek rozdzielanych substancji w polu magnetycznym, które jest generowane przez magnetyczne wypełnienie zawarte w wypełnieniu matrycy polimerowej. Rozdzielane cząsteczki wody i etanolu charakteryzują się różnymi momentami magnetycznymi wynikającymi z wewnętrznej właściwości każdej z nich, tzw. spinu, które zostały przedstawione w A. T. Bakalinsky, M. H. Penner, ALCOHOL Properties and Determination, EFSN, (2003) 107-111.
Dodatkowo sama matryca polimerowa wykazuje określone powinowactwo do poszczególnych substancji, które, ze względu na jej hydrofilowy charakter, często jest większe względem wody, a mniejsze do etanolu ukazanych w P. Schaetzel, R. Bouallouche, H. A. Amar, Q. T. Nguyen, B. Riffault, S. Marais, Mass transfer in pervaporation: The key component approximation for the solution-diffusion model, Desalination 251 (2010) 161-166 oraz W. J. Criddle, J. A. Kozieł, J. van Leeuwen, W, S. Jenks, Ethanol, Encyclopedia of Analytical Science (2019) 39-46.
Sposób otrzymywania membran według wynalazku przedstawiono w poniższych przykładach wykonania.
Przykład 1
Do kolby stożkowej o objętości 50 ml wprowadzono 0.5 g alginianu sodu, uzupełniono wodą destylowaną do kreski i szczelnie zakryto folią aluminiową. Dla uzyskania klarownego roztworu, proces mieszania przeprowadzono w temperaturze otoczenia (25°C) za pomocą mieszadła magnetycznego z szybkością 700 obr./min w czasie 40 godzin. Po tym czasie otrzymano lepki roztwór o jednolitej konsystencji i biało-szarym zabarwieniu. Do tak otrzymanego roztworu dodano 0.0075 g proszku MQFP-14-12 i umieszczono kolbę stożkową w łaźni ultradźwiękowej na 30 minut, po czym przez kolejne 45 minut kontynuowano mieszanie na mieszadle magnetycznym przy intensywności mieszania 700 obr./min w temperaturze otoczenia 25°C. Tak przygotowany roztwór wylano na szalkę Petriego o średnicy 17 cm i umieszczono na 24 godziny na wypoziomowanej półce w suszarce ustawionej na temperaturę 30°C. Wysuszoną membranę zalano 50 ml 2.5%wag. roztworu chlorku wapnia i sieciowano 2 godziny. Środek sieciujący usunięto przez zlanie a membranę przemywano kilkakrotnie wodą dejonizowaną. Otrzymany materiał membranowy miał grubość 30 ± 2 μm.
Przykład 2
Przygotowano 70 ml 1%wag. wodnego roztworu poli(alkoholu winylowego) o masie cząsteczkowej 72 kDa i stopniu hydrolizy 98%. Proces rozpuszczania prowadzono w temperaturze 95°C w kolbie stożkowej umieszczonej na mieszadle magnetycznym z intensywnością mieszania 500 obr./min. Po całkowitym rozpuszczeniu polimeru, do roztworu dodano proszek MQA w ilości stanowiącej 2%wag. suchej masy polimeru (1.4 g). Całość poddano działaniu ultradźwięków przez 20 minut, po czym mieszano na mieszadle magnetycznym przez kolejne 30 minut w temperaturze otoczenia z intensywnością mieszania 300 obr./min. w kolbie szczelnie zakrytej folią aluminiową. Przygotowany roztwór wylano na szalkę Petriego o średnicy 17 cm i suszono w temperaturze 40°C w czasie 60 godzin. Chcąc przeciwdziałać rozpuszczaniu się membrany w kontakcie z wodą, do jej usieciowania jako środek sieciujący zastosowano mieszaninę 0.75 ml aldehydu glutarowego, 0.1 ml H 2SO4, 25 ml acetonu oraz 25 ml wody destylowanej. Sieciowanie prowadzono w czasie 15 minut, po czym środek sieciujący usunięto przez zlanie, a membranę przemywano kilkakrotnie wodą dejonizowaną. Otrzymany materiał miał grubość 40 ± 2 μm.
Przykład 3
Magnetyczne wypełnienie neodymowe w postaci proszku MQU zmieszano z roztworem chitozanu. W tym celu odważono 1.5 g chitozanu o masie cząsteczkowej 600-800 kDa, następnie rozpuszczono w 48.5g 1 %wag. roztworu kwasu octowego. Proces rozpuszczania prowadzono w czasie 24 godzin mieszając zawiesinę mieszadłem magnetycznym z szybkością 900 obr./min., w zamkniętym folią aluminiową naczyniu w temperaturze 25°C. Do tak otrzymanego roztworu dodano 0.1 g proszku MQU, który zdyspergowano, kontynuując mieszanie przy niezmiennych parametrach. Otrzymaną zawiesinę wylano na szalkę Petriego o średnicy 17 cm i suszono w temperaturze 40°C przez 24 godziny. Wysuszoną membranę sieciowano przez 1 godzinę 50 ml 0.1 molowego roztworu kwasu siarkowego(VI), po czym odczynnik sieciujący usunięto, a membranę przemywano kilka razy wodą dejonizowaną. Otrzymany materiał miał grubość 70 ± 3 μm.
Przykład 4
W szklanym naczyniu sporządzono 50 ml 2%wag. jednorodnego roztworu wodnego dwóch polimerów: hydroksyetylocelulozy o masie cząsteczkowej 20 kDa i hydroksypropylocelulozy o masie cząsteczkowej 30 kDa zmieszanych w stosunku masowym 1:1 przy użyciu mieszadła magnetycznego. Intensywność mieszania wynosiła 500 obr./min a temperatura prowadzenia procesu 25°C, przy czym szklane naczynie było szczelnie zakryte folią aluminiową. Następnie odważono 0.5 g neodymowego proszku magnetycznego MQFP-B+ i zdyspergowano w roztworze polimerów poprzez kontynuowanie mieszania na mieszadle magnetycznym (intensywność mieszania 500 obr./min i temperatura równa 25°C). Tak przygotowany roztwór wylano w całości na szalkę Petriego o średnicy 17 cm i umieszczono w suszarce ustawionej na 50°C na 20 godzin. Wysuszoną membranę zanurzono na 2 godziny w 3%wag. roztworze kwasu cytrynowego, a po tym czasie przemywano kilkakrotnie wodą dejonizowaną. Otrzymany materiał miał grubość 65 ± 2 μm.
Przykład 5
W celu wytworzenia selektywnej membrany, przygotowano 65 ml 2%wag. roztworu wodnego blendy polimerowej. Zmieszano ze sobą karboksymetylocelulozę i metylohydroksycelulozę w stosunku masowym 1:1 przy użyciu mieszadła magnetycznego. Intensywność mieszania wynosiła 700 obr./min, a temperatura procesu 40°C. Do jednorodnego roztworu polimerów dosypano 1 g neodymowego proszku magnetycznego MQA i wznowiono proces mieszania z intensywnością 1000 obr./min oraz w temperaturze 25°C, przy czym aby przeciwdziałać parowaniu roztworu, naczynie szklane zostało szczelnie zakryte folią aluminiową. Po całkowitym zdyspergowaniu proszku zawiesinę wylano na szalkę Petriego o średnicy 17 cm i umieszczono w suszarce ustawionej na 30°C aż do całkowitego wyschnięcia, korzystnie na 48 godzin. Następnie zanurzano membranę w 1.25%wag. roztworze aldehydu glutarowego na czas 10 minut i przepłukano kilkakrotnie wodą dejonizowaną. Otrzymany materiał miał grubość 90 ± 3 μm.
Przykład 6
W celu sporządzenia membrany z wypełnieniem magnetycznym przeznaczonej do odwadniania związków organicznych metodą perwaporacji przygotowuje się 30-70 ml, korzystnie 50 ml, roztworu wodnego polimeru o stężeniu 0.5-5%wag; wyjątek stanowi chitozan, dla którego przygotowuje się 0.5-5%wag roztwór, stosując jako rozpuszczalnik 1-2%wag. roztwór kwasu octowego lub mlekowego. Potrzebną ilość polimeru odważa się na wadze przenosi ilościowo do naczynia szklanego, np. kolby
Erlenmeyera, a następnie uzupełnia wodą lub roztworem odpowiedniego kwasu, celem uzyskania żądanej objętości. Całość miesza się na mieszadle, zaleca się użycie mieszadła magnetycznego, z intensywnością mieszania 300-1500 obr./min przez 2-72 godzin aż do uzyskania jednorodnego roztworu. Następnie do roztworu wprowadza się proszek MQFP, MQFP-B+, MQA, MQP lub MQU w ilości stanowiącej 0.1-25%wag. suchej masy użytego polimeru i kontynuuje proces mieszania przy użyciu mieszadła magnetycznego (intensywność mieszania 300-1500 obr./min) przez 0.5-24 godzin. W celu poprawy zdyspergowania proszku magnetycznego można zastosować dodatkowo rozdrabnianie ultradźwiękami bezpośrednio przed wylaniem na szkło. Następnie zawiesinę proszku magnetycznego w polimerze wylewa się na szalkę Petriego (szklaną) o średnicy 17 cm. W razie potrzeby można rozprowadzić zawiesinę łyżką lub bagietką laboratoryjną w taki sposób, by pokryła ona całą powierzchnię szalki. Szalki z roztworem umieszcza się w suszarce na wypoziomowanej półce i suszy w temperaturze 20-50°C przez 24-60 godzin aż do momentu całkowitego odparowania rozpuszczalnika. Suchą membranę poddaje się procesowi sieciowania, by przeciwdziałać solwatacji i rozpuszczaniu się membrany w kontakcie z wodą. Dla poszczególnych matryc polimerowych stosuje się następujące roztwory sieciujące:
1) Membrana chitozanowa - 30 - 120 ml 0.01-1 molowego roztworu kwasu siarkowego (VI) lub 0.01-1.5 molowego roztworu epichlorohydryny w 2%wag. zasadzie sodowej, lub 0.5-15%wag. roztworu kwasu fosforowego(V), lub 0.3-25%wag. roztworu kwasu cytrynowego, lub 0.01-2 molowego roztworu aldehydu glutarowego, lub 0.3-5%wag. roztworu bezwodnika maleinowego.
2) Membrana alginianowa - 30-120 ml 0.5-15%wag. roztworu kwasu fosforowego(V) lub 0.2-40%wag. roztworu dobrze rozpuszczalnej soli wapnia, zaleca się użycie chlorku wapnia, lub 0.3-25%wag. roztworu kwasu cytrynowego, lub 0.01-2 molowego roztworu aldehydu glutarowego.
3) Membrana z poli(alkoholu winylowego) - 30-120 ml 0.01-2 molowego roztworu aldehydu glutarowego lub 0.1-60%wag. roztworu kwasu ferulowego, lub 0.3-25%wag. roztworu kwasu cytrynowego.
4) Membrana z wodorozpuszczalnych pochodnych celulozy - 30-120 ml 0.1-15%wag. roztworu aldehydu glutarowego lub 0.3-25%wag. roztworu kwasu cytrynowego. Wybrany odczynnik sieciujący wylewa się w ilości 30-70 ml na wyschniętą membranę.
Czas sieciowania wynosi od 15 minut do 24 godzin w zależności od polimeru i użytego środka sieciującego. Po procesie sieciowania usuwa się środek sieciujący poprzez zlanie z szatki, a membranę kilkakrotnie przemywa się wodą dejonizowaną, po czym delikatnie odkleja się membranę od szkła.
Claims (8)
1. Kompozytowy materiał membranowy do odwadniania związków organicznych, szczególnie niskocząsteczkowych alkoholi C1-C8 znamienny tym, że składa się z usieciowanej matrycy polimerowej, która stanowi co najmniej 75%wag. membrany oraz magnetycznego wypełnienia neodymowego, które stanowi do 25%wag. membrany.
2. Kompozytowy materiał membranowy według zastrz. 1 znamienny tym, że jako matrycę polimerową stosuje się chitozan, alginian sodu, poli (alkohol winylowy), wodorozpuszczalne pochodne celulozy, tj. hydroksyetyloceluloza, metylohydroksyetyloceIuloza, karboksymetylocelułoza, hydroksypropyloceluloza i ich blendy o różnych masach cząsteczkowych od 2 do 800 kDa.
3. Kompozytowy materiał membranowy według zastrz. 1 znamienny tym, że jako środki sieciujące stosuje się kwas siarkowy (VI), epichlorohydrynę, bezwodnik maleinowy, jony wapnia, kwas fosforowy (V), aldehyd glutarowy, glicydol, kwas cytrynowy, kwas ferulowy.
4. Kompozytowy materiał membranowy według zastrz. 1 znamienny tym, że jako magnetyczne wypełnienie stosuje się proszki neodymowe typu MQFP, MQFP - B+, MQA, MQP, MQU o różnych wielkościach uziarnienia od 0.05 do 100 μm.
5. Kompozytowy materiał membranowy według zastrz. 1 znamienny tym, że jako niskocząsteczkowy alkohol stosuje się etanol, izopropanol lub butanol.
6. Sposób otrzymywania materiału membranowego do odwadniania związków organicznych znamienny tym, że przygotowuje się jednorodną mieszaninę polimeru z magnetycznym wypełnieniem neodymowym poprzez sporządzenie roztworu wodnego polimeru o stężeniu
0.5- 15%wag., którego pH w zakresie 5.5-7.5 reguluje kwasem octowym, a całość miesza się mieszadłem magnetycznym z intensywnością mieszania 300-1500 obr./min w czasie od 2 do 72 godzin, po czym do tak otrzymanego roztworu dodaje się 0.001-3.000 g wypełnienie magnetyczne, które stanowi do 25%wag. membrany, kontynuuje się mieszanie przez 0.5 do 3 godzin i poddaje się końcowej homogenizacji ultradźwiękami w czasie od 20 do 90 minut, otrzymany homogeniczny roztwór polimeru z wypełnieniem magnetycznym suszy się w temperaturze 20-50°C, korzystnie 30°C w czasie 24-60 godzin; sieciuje 30-120 ml środkiem sieciującym w czasie od 10 minut do 42 godzin, usuwa środek sieciujący, a membranę przemywa się kilkukrotnie wodą dejonizowaną.
7. Sposób otrzymywania materiału membranowego do odwadniania związków organicznych znamienny tym, że jako środek sieciujący stosuje się roztwór kwasu siarkowego (VI) lub epichlorohydryny lub kwasu fosforowego (V), lub kwasu cytrynowego lub aldehydu glutarowego lub bezwodnika maleinowego lub dobrze rozpuszczalnej soli wapnia lub kwasu ferulowego.
8. Zastosowanie kompozytowego materiału membranowego do odwadniania związków organicznych określonego zastrz. 1 i otrzymanego sposobem określonym zastrz. 6 znajduje zastosowanie w procesie perwaporacji, w szczególności do odwadniania niskocząsteczkowych alkoholi, gdzie membrana wykazuje bardzo wysoką selektywność.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL437638A PL243023B1 (pl) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | Kompozytowy materiał membranowy do odwadniania związków organicznych, sposób jego otrzymywania i zastosowanie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL437638A PL243023B1 (pl) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | Kompozytowy materiał membranowy do odwadniania związków organicznych, sposób jego otrzymywania i zastosowanie |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL437638A1 PL437638A1 (pl) | 2022-10-24 |
| PL243023B1 true PL243023B1 (pl) | 2023-06-05 |
Family
ID=83724531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL437638A PL243023B1 (pl) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | Kompozytowy materiał membranowy do odwadniania związków organicznych, sposób jego otrzymywania i zastosowanie |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL243023B1 (pl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL247627B1 (pl) * | 2023-06-14 | 2025-08-11 | Politechnika Slaska Im Wincent | Hybrydowa membrana polimerowa do odwadniania związków organicznych, sposób jej otrzymywania i zastosowanie |
-
2021
- 2021-04-19 PL PL437638A patent/PL243023B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL437638A1 (pl) | 2022-10-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Effect of modified attapulgite addition on the performance of a PVDF ultrafiltration membrane | |
| CN109289550B (zh) | 一种抗污染聚偏氟乙烯杂化超滤膜的制备方法及应用 | |
| CN107126845B (zh) | 一种含改性碳纳米管的复合纳滤膜及其制备方法 | |
| CN103816811B (zh) | 一种有机正渗透膜的制备方法 | |
| CN105457508A (zh) | 混杂的纳米粒子tfc膜 | |
| CN106031847A (zh) | 一种掺杂无机/有机纳米粒子正渗透膜的制备方法 | |
| CN108744974A (zh) | 一种环糊精接枝纳米材料改性有机溶剂纳滤膜及其制备方法 | |
| CN110327792B (zh) | 一种双组分纳米添加剂构建的树状结构的混合基质膜及其制备方法和应用 | |
| CN107376673B (zh) | 一种负载有TiO2纳米管的PES超滤膜及其制备方法和应用 | |
| CN105854649B (zh) | 一种含改性微孔球的聚亚苯基砜耐溶剂纳滤膜的制备方法 | |
| CN110479109A (zh) | 通量高、抗污染性强的聚偏氟乙烯混合基质膜的制备方法 | |
| CN108465377A (zh) | 一种再生纤维素/壳聚糖复合抗菌纳滤膜的制备方法 | |
| CN110559888B (zh) | 一种两亲性氧化石墨烯改性超薄复合纳滤膜及其制备方法与应用 | |
| CN104998552A (zh) | 一种油水分离网膜及其制备方法与应用 | |
| CN104001436A (zh) | 一种氨基改性氧化石墨烯接枝改性超滤微滤膜的制备方法 | |
| CN108993170A (zh) | 一种聚偏氟乙烯平板超滤膜的制备方法 | |
| CN111701464A (zh) | 一种具有超亲水性的β-FeOOH/PDAus/PVDF复合膜及其制备与应用 | |
| Zhao et al. | Polyelectrolyte complex nanofiltration membranes: performance modulation via casting solution pH | |
| PL243023B1 (pl) | Kompozytowy materiał membranowy do odwadniania związków organicznych, sposób jego otrzymywania i zastosowanie | |
| SU1088649A3 (ru) | Способ получени сферического углеродного биоадсорбента | |
| CN110052175B (zh) | 一种二氧化硅中空微球载银抗菌水凝胶过滤膜的制备方法 | |
| CN109433028B (zh) | 一种聚酰胺反渗透膜及其在海水淡化领域的应用 | |
| JPS5857401A (ja) | 粉粒状多孔質キトサンの製造方法 | |
| CN113069933A (zh) | 一种分离n,n-二甲基甲酰胺/水混合物的有机/无机复合膜及其制备方法 | |
| CN107088367B (zh) | 一种抗污染pvdf杂化膜的制备方法 |