RU2218980C2 - Method of manufacture of a gas-separating composite membrane - Google Patents
Method of manufacture of a gas-separating composite membrane Download PDFInfo
- Publication number
- RU2218980C2 RU2218980C2 RU2001133173A RU2001133173A RU2218980C2 RU 2218980 C2 RU2218980 C2 RU 2218980C2 RU 2001133173 A RU2001133173 A RU 2001133173A RU 2001133173 A RU2001133173 A RU 2001133173A RU 2218980 C2 RU2218980 C2 RU 2218980C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- block copolymer
- solvent
- block
- working solution
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к способу получения газоразделительной композитной мембраны, которая состоит из микропористой гидрофобной подложки с нанесенным на нее газоселективным слоем из блоксополимера. Такая мембрана нашла применение в процессах газоразделения и концентрирования газов в различных отраслях промышленности и с/х производства, а также в медицинской технике, в массообменных процессах "жидкость-газ", в частности в мембранных оксигенаторах для обогащения крови кислородом.FIELD OF TECHNOLOGY
The invention relates to a method for producing a gas separation composite membrane, which consists of a microporous hydrophobic substrate coated with a gas-selective block copolymer layer. Such a membrane has found application in gas separation and gas concentration processes in various industries and agricultural production, as well as in medical technology, in liquid-gas mass transfer processes, in particular in membrane oxygenators for enriching blood with oxygen.
Применения таких мембран в промышленности, с/х и медицине определяют такие показатели газоразделительной композитной мембраны, как селективность, производительность, прочность, надежность, а также воспроизводимость этих свойств в технологии получения мембраны. В современных производствах газоразделительных мембран на базе кремнийорганических полимеров уровень воспроизводимости эксплуатационных свойств таких мембран не отвечает растущим требованиям указанных отраслей их применения, в частности - требованиям медицинской техники. The use of such membranes in industry, agricultural and medicine determines such indicators of a gas separation composite membrane as selectivity, productivity, strength, reliability, and also the reproducibility of these properties in the technology of producing the membrane. In modern production of gas separation membranes based on organosilicon polymers, the reproducibility level of the operational properties of such membranes does not meet the growing requirements of these industries, in particular, the requirements of medical equipment.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны различные способы получения газоразделительных композитных мембран, среди которых так называемый "сухой" метод формования получает интенсивное развитие и для газоселективных мембран на основе различных полимеров, в том числе кремнийорганических (Патенты РФ 2065321 и 2074020).BACKGROUND
There are various methods for producing gas separation composite membranes, among which the so-called "dry" molding method is also intensively developed for gas-selective membranes based on various polymers, including organosilicon ones (RF Patents 2065321 and 2074020).
Известный из указанных изобретений "сухой" метод получения газоразделительных композитных мембран включает в себя четыре основные стадии:
1) получение пористой подложки в виде ультра- или микрофильтра,
2) получение рабочего раствора полимера, в т.ч. кремнийорганического (Патент РФ 2074020),
3) нанесение рабочего раствора на пористую подложку,
4) термообработку системы "пористая подложка - нанесенный рабочий раствор" в условиях свободного испарения легкокипящих компонентов рабочего раствора.Known from these inventions, the "dry" method for producing gas separation composite membranes includes four main stages:
1) obtaining a porous substrate in the form of an ultra- or microfilter,
2) obtaining a working polymer solution, including organosilicon (RF Patent 2074020),
3) applying a working solution to a porous substrate,
4) heat treatment of the system "porous substrate - deposited working solution" in the conditions of free evaporation of low-boiling components of the working solution.
Газоразделительные композитные мембраны, полученные по известному "сухому" методу, не предназначены для разделения газов "CO2-O2-N2".Gas separation composite membranes obtained by the known "dry" method, are not intended for gas separation "CO 2 -O 2 -N 2 ".
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основу изобретения положена задача создания способа получения газоразделительной композитной мембраны на основе полимеров, обладающей высокими гарантированно воспроизводимыми в промышленных условиях газоселективными свойствами в системах газов CO2-О2-N2 при высокой производительности и надежности в эксплуатации.SUMMARY OF THE INVENTION
The basis of the invention is the creation of a method for producing a gas separation composite membrane based on polymers having high gas selective properties guaranteed to be reproducible under industrial conditions in CO 2 -O 2 -N 2 gas systems with high performance and operational reliability.
Поставленная задача решается рядом предлагаемых оригинальных приемов в осуществлении "сухого" метода получения таких мембран, которые (приемы) согласно изобретению включают в себя
а) рабочий раствор блоксополимера готовят в виде мицеллярной (коллоидной, лиофильной) системы,
б) получение мицеллярной системы проводят т.н. "самопроизвольным диспергированием" блоксополимера одновременно в его растворителе и нерастворителе,
в) растворитель, нерастворитель и блоксополимер для приготовления мицеллярной системы берут в соотношении, мас.ч.:
Полимер - 1
Растворитель - От 2 до 40
Нерастворитель - От 6 до 35
г) формование газоселективного слоя проводят из мицеллярной системы блоксополимера на пористой гидрофобной подложке,
д) в качестве пористой гидрофобной подложки берут ультра- или микрофильтрационную гидрофобную мембрану, размер пор которой выбирают из соотношения
Dп=(0,05-0,9)DM
где Dп - размер пор подложки-мембраны,
Dм - размер мицелл рабочего раствора блоксополимера, эквивалентный диаметр,
е) в качестве блоксополимера выбирают продукты из группы: блоксополимер олигоарилата с олигодиметилсилоксаном, блоксополимер олигокарбоната с α-олигобисхлорформиатсилоксаном, блоксополимер α-, ω-бис(диметиламино)органосилоксанового олигомера с фенилсилсесквиоксановым олигомером или блоксополимер олигосульфона с олигобутадиеном.The problem is solved by a number of proposed original techniques in the implementation of the "dry" method for producing such membranes, which (techniques) according to the invention include
a) the working solution of the block copolymer is prepared in the form of a micellar (colloidal, lyophilic) system,
b) receiving the micellar system is carried out the so-called "spontaneous dispersion" of the block copolymer simultaneously in its solvent and non-solvent,
c) the solvent, non-solvent and block copolymer for the preparation of the micellar system are taken in the ratio, parts by weight:
Polymer - 1
Solvent - 2 to 40
None Solvent - 6 to 35
g) the formation of the gas-selective layer is carried out from the micellar system of the block copolymer on a porous hydrophobic substrate,
d) as a porous hydrophobic substrate take an ultrafine or microfiltration hydrophobic membrane, the pore size of which is selected from the ratio
Dp = (0.05-0.9) DM
where Dp - pore size of the substrate membrane
Dm is the micelle size of the block copolymer working solution, equivalent diameter,
f) as a block copolymer, products from the group are selected: block copolymer of oligo arylate with oligodimethylsiloxane, block copolymer of oligocarbonate with α-oligobischloroformate siloxane, block copolymer of α-, ω-bis (dimethylamino) organosiloxane oligomesulfoxyl oligomes oloxomeroxyl oligomes oloxomeroxyl oligomes oloxomeroxyl oligomes oloxomeroxyl oligomers.
Согласно изобретению является предпочтительным использование растворителей, выбранных из класса хлорированных углеводородов (метиленхлорид, хлороформ), а в качестве нерастворителей - выбранных из класса алифатических углеводородов или их смеси с ароматическими углеводородами (гексан или петролейный эфир). According to the invention, it is preferable to use solvents selected from the class of chlorinated hydrocarbons (methylene chloride, chloroform), and as non-solvents selected from the class of aliphatic hydrocarbons or mixtures thereof with aromatic hydrocarbons (hexane or petroleum ether).
Для повышения газоселективных свойств мембраны, производительности и надежности в эксплуатации согласно изобретению газоселективный слой образуют в несколько завершенных этапов (в оптимальном варианте 2 или 3), на каждом из которых используют одну и ту же мицеллярную систему блоксополимера одного и того же состава. To increase the gas-selective properties of the membrane, performance and operational reliability according to the invention, the gas-selective layer is formed in several completed stages (in the
Нами найдено, что повышение технологических и эксплуатационных свойств газоразделительной композитной мембраны на основе некоторых блоксополимеров можно достигнуть на пути разработки т.н. "самопроизвольного диспергирования" (общее понятие этого явления дано достаточно подробно, в частности в книге С. С. Воюцкого "Курс коллоидной химии". - М.: Химия, 1975) с образованием мицеллярной (коллоидной, лиофильной) системы, которое, как мы обнаружили, имеет место, когда исследованные нами блоксополимеры типа "Силар"(блоксополимер олигоарилата с олигодиметилсилоксаном), "Карбосил"(блоксополимер олигокарбоната с α-олигобисхлорформиатсилоксаном), "Лестосил" (блоксополимер α-, ω-бис(диэтиламино)органосилоксанового олигомера с фенилсилсесквиоксановым олигомером) или "Серагель"(блоксопомер олигосульфона и олигобутадиена) смешивают одновременно с их растворителем и нерастворителем, взятых в определенных соотношениях, при нормальной температуре и давлении. We have found that improving the technological and operational properties of a gas separation composite membrane based on certain block copolymers can be achieved on the way to the development of the so-called "spontaneous dispersion" (the general concept of this phenomenon is given in sufficient detail, in particular, in the book of S. S. Voyutsky, "The Course of Colloid Chemistry." - M .: Chemistry, 1975) with the formation of a micellar (colloid, lyophilic) system, which, as we found that it takes place when the studied block copolymers of the Silar type (block copolymer of oligo arylate with oligodimethylsiloxane), Carbosil (block copolymer of oligocarbonate with α-oligobischloroformatesiloxane), Lestosil (block copolymer of α-, ω-bisolenesilyl diethylamide oxane oligomer) or "Seragel" (block copolymer of oligosulfone and oligobutadiene) are mixed simultaneously with their solvent and non-solvent, taken in certain ratios, at normal temperature and pressure.
В найденных согласно изобретению условиях получения мицеллярной системы названных блоксополимеров образуется не только термодинамически устойчивая коллоидная система, но и система с дисперсностью, близкой к монодисперсности. Последнее в свою очередь позволило применить для получения газоразделительной композитной мембраны пористую подложку в виде ультра- или микрофильтрационной мембраны с размером пор, связанным с размером мицелл коллоидной системы блоксополимера соотношением Dп=(0,05-0,9)DM. Under the conditions for producing a micellar system of the said block copolymers found according to the invention, not only a thermodynamically stable colloidal system is formed, but also a system with a dispersion close to monodispersity. The latter, in turn, made it possible to use a porous substrate in the form of an ultra- or microfiltration membrane with a pore size associated with micelles of the colloidal system of the block copolymer with a ratio of Dp = (0.05-0.9) DM to obtain a gas separation composite membrane.
Предлагаемый способ получения газоразделительной композитной мембраны на базе описанных блоксополимеров может быть реализован в промышленных условиях на основе использования всех указанных выше компонентов, производимых в промышленных или опытно-промышленных масштабах, а также применяя для получения газоразделительной мембраны "сухой" метод по непрерывной схеме (см. чертеж)
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ ЧЕРТЕЖА
На чертеже приведена принципиальная технологическая схема получения газоразделительной композитной мембраны по непрерывному "сухому" методу, реализованному согласно изобретению.The proposed method for producing a gas separation composite membrane based on the described block copolymers can be implemented under industrial conditions using all of the above components produced on an industrial or pilot scale, as well as using the dry method for producing a gas separation membrane according to a continuous scheme (see drawing)
LIST OF DRAWINGS
The drawing shows a schematic flow diagram of obtaining a gas separation composite membrane by a continuous "dry" method, implemented according to the invention.
1 - Мерник для растворителя (метиленхлорид или хлороформ),
2 - мерник для нерастворителя (гексан или петролейный эфир),
3 - реактор для приготовления мицеллярной системы блоксополимера,
4 - насос для подачи мицеллярной системы в фильтр,
5 - фильтр,
6 - деаэратор,
7 - камера для получения газоразделительной мембраны,
8 - приемная бобина,
9 - бобина для пористой подложки-мембраны (ультра- или микрофильтрационной),
10 - ванна с рабочим раствором-мицеллярной системой блоксополимера,
11 - калибрующий валик,
12 - наносящий валик.1 - Mernik for solvent (methylene chloride or chloroform),
2 - measuring device for a non-solvent (hexane or petroleum ether),
3 - reactor for the preparation of a micellar block copolymer system,
4 - pump for feeding the micellar system into the filter,
5 - filter
6 - deaerator,
7 - a chamber for receiving a gas separation membrane,
8 - take-up reel,
9 - reel for a porous membrane substrate (ultra- or microfiltration),
10 - bath with a working solution-micellar block copolymer system,
11 - calibrating roller,
12 - applying roller.
ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагаемый согласно изобретению способ получения газоразделительной композитной мембраны был проверен в опытных условиях на установке непрерывного формования по "сухому" методу (см. чертеж).MODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Proposed according to the invention, the method of producing a gas separation composite membrane was tested under experimental conditions on a continuous dry-forming machine (see drawing).
Исходные компоненты в заданных соотношениях (см. табл.2) - растворитель из мерника (1), нерастворитель из мерника (2) и блоксополимер - загружают в реактор (3) для приготовления мицеллярной системы. Реактор (3) снабжен мешалкой для ускорения процесса самопроизвольного диспергирования блоксополимера при нормальной температуре и давлении. Полученную в реакторе (3) мицеллярную систему подают с помощью насоса (4) на фильтр (δ) и затем - на деаэратор (6). Рабочая мицеллярная система контролируется на механические включения и отсутствие воздушных пузырьков и загружается в ванну (10) камеры формования (7). В камере (7) на сматываемую с бобины (9) ультра- или микрофильтрационную мембрану с помощью валков (12 и 11) наносят заданный слой мицеллярной системы. Толщину наносимого слоя мицеллярной системы регулируют с помощью валков (12 и 11), образуя между ними соответствующий зазор (δ) и разницу окружных скоростей их вращения. The starting components in predetermined proportions (see Table 2) —the solvent from the measurer (1), the non-solvent from the measurer (2) and the block copolymer — are loaded into the reactor (3) to prepare the micellar system. The reactor (3) is equipped with a stirrer to accelerate the process of spontaneous dispersion of the block copolymer at normal temperature and pressure. The micellar system obtained in the reactor (3) is fed via a pump (4) to a filter (δ) and then to a deaerator (6). The working micellar system is controlled for mechanical inclusions and the absence of air bubbles and is loaded into the bath (10) of the molding chamber (7). In the chamber (7), a predetermined layer of the micellar system is applied to the ultrafine or microfiltration membrane wound from the bobbin (9) using rolls (12 and 11). The thickness of the applied layer of the micellar system is controlled by means of rolls (12 and 11), forming between them a corresponding gap (δ) and the difference in peripheral speeds of their rotation.
После нанесения мицеллярной системы на пористую подложку-мембрану она поступает в верхнюю сушильную зону камеры (7), в которой поддерживают повышенную температуру в пределах 50-90oС для удаления легкокипящих компонентов из нанесенного слоя мицеллярной системы и ее закрепления на пористой подложке-мембране. Температуру мицеллярной системы в ванне (10) поддерживают в пределах 20±7oС.After applying the micellar system to the porous membrane substrate, it enters the upper drying zone of the chamber (7), in which an elevated temperature is maintained within the range of 50-90 ° C to remove boiling components from the deposited layer of the micellar system and to fix it on the porous membrane substrate. The temperature of the micellar system in the bath (10) is maintained within 20 ± 7 o C.
Готовая газоразделительная мембрана наматывается на приемную бобину (8). The finished gas separation membrane is wound on the take-up reel (8).
Для получения второго (и последующих) слоя газоселективного слоя бобину (8) с намотанной на нее газоразделительной мембраной устанавливают на место бобины (9) и процесс повторяют необходимое число раз. To obtain the second (and subsequent) layer of the gas-selective layer, a bobbin (8) with a gas separation membrane wound on it is installed in place of the bobbin (9) and the process is repeated as many times as necessary.
Показатели газоразделительной композитной мембраны, полученной согласно изобретению по приводимым ниже примерам, со статистическими данными по воспроизводимости основных свойств этой мембраны даны в таблице 1. The performance of the gas separation composite membrane obtained according to the invention in the examples below, with statistical data on the reproducibility of the basic properties of this membrane are given in table 1.
В таблицах 2 и 3 приведены необходимые исходные данные для осуществлении примеров получения мембраны согласно изобретению по принципиальной технологической схеме, приведенной на фиг.1. Tables 2 and 3 show the necessary initial data for the implementation of examples of obtaining the membrane according to the invention according to the flow diagram shown in figure 1.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001133173A RU2218980C2 (en) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | Method of manufacture of a gas-separating composite membrane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001133173A RU2218980C2 (en) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | Method of manufacture of a gas-separating composite membrane |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001133173A RU2001133173A (en) | 2003-09-27 |
| RU2218980C2 true RU2218980C2 (en) | 2003-12-20 |
Family
ID=32065714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001133173A RU2218980C2 (en) | 2001-12-06 | 2001-12-06 | Method of manufacture of a gas-separating composite membrane |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2218980C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2354443C1 (en) * | 2007-09-18 | 2009-05-10 | Закрытое акционерное общество Научно-технический центр "Владипор" | Composite gas separating membrane and method of fabricating this membrane |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4618534A (en) * | 1984-10-23 | 1986-10-21 | Nitto Electric Industrial Co., Ltd. | Composite membrane and process for producing the same |
| US5296144A (en) * | 1992-01-02 | 1994-03-22 | World Trade Corporation | Composite membrane of a hydrophilic asymmetric membrane coated with an organosiloxane block copolymer |
| RU2119817C1 (en) * | 1995-10-23 | 1998-10-10 | Акционерное общество открытого типа "Полимерсинтез" | Porous fluorocarbon membrane, method of its preparation, and cartridge filter based on this membrane |
| RU2166984C2 (en) * | 1998-06-15 | 2001-05-20 | Институт высокомолекулярных соединений РАН | Method of polymeric multilayer pervaporation membrane making |
-
2001
- 2001-12-06 RU RU2001133173A patent/RU2218980C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4618534A (en) * | 1984-10-23 | 1986-10-21 | Nitto Electric Industrial Co., Ltd. | Composite membrane and process for producing the same |
| US5296144A (en) * | 1992-01-02 | 1994-03-22 | World Trade Corporation | Composite membrane of a hydrophilic asymmetric membrane coated with an organosiloxane block copolymer |
| RU2119817C1 (en) * | 1995-10-23 | 1998-10-10 | Акционерное общество открытого типа "Полимерсинтез" | Porous fluorocarbon membrane, method of its preparation, and cartridge filter based on this membrane |
| RU2166984C2 (en) * | 1998-06-15 | 2001-05-20 | Институт высокомолекулярных соединений РАН | Method of polymeric multilayer pervaporation membrane making |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2354443C1 (en) * | 2007-09-18 | 2009-05-10 | Закрытое акционерное общество Научно-технический центр "Владипор" | Composite gas separating membrane and method of fabricating this membrane |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jian et al. | Asymmetric PVDF hollow-fiber membranes for organic/water pervaporation separations | |
| KR940006394B1 (en) | Composite membrane and their manufacture and use | |
| EP0037836B2 (en) | Polyvinylidene fluoride resin hollow filament microfilter and process for producing same | |
| KR100447932B1 (en) | Silicone-added polyamide composite nanofiltration membrane organic separation, and method for preparing them | |
| EP0207721B1 (en) | Anisotropic membranes for gas separation | |
| JP2885712B2 (en) | Polymer solution for asymmetric single membrane and asymmetric single membrane using the same | |
| CN107073411B (en) | Microporous polyvinylidene fluoride flat membrane | |
| Zhang et al. | Novel chemical surface modification to enhance hydrophobicity of polyamide-imide (PAI) hollow fiber membranes | |
| CN1013478B (en) | Permeable membrans for enhanced gas separation | |
| JPH0335971B2 (en) | ||
| CN108602029A (en) | Stabilization faciliated diffusion film for olefin/paraffin separation | |
| KR20160012230A (en) | Microporous polyvinylidene fluoride membrane | |
| Çulfaz et al. | Hollow fiber ultrafiltration membranes with microstructured inner skin | |
| Tsai et al. | Effect of DGDE additive on the morphology and pervaporation performances of asymmetric PSf hollow fiber membranes | |
| Shi et al. | Support surface pore structures matter: Effects of support surface pore structures on the TFC gas separation membrane performance over a wide pressure range | |
| CN112657343A (en) | Polyamide hollow fiber composite separation membrane and preparation method thereof | |
| Puri | Fabrication of hollow fibre gas separation membranes | |
| Tasselli et al. | Tuning of hollow fiber membrane properties using different bore fluids | |
| RU2218980C2 (en) | Method of manufacture of a gas-separating composite membrane | |
| KR100644366B1 (en) | Mass production method of polymer hollow fiber membrane for asymmetric gas separation | |
| KR100381463B1 (en) | Membrane Formation by dual quenched method | |
| RU2219988C2 (en) | Gas-separation composite membrane and method for manufacture thereof | |
| CN114432896A (en) | Preparation method of nanofiltration membrane | |
| KR100198198B1 (en) | Manufacturing method of gas separation membrane and gas separation membrane prepared using the same | |
| Madaeni et al. | The influence of membrane formation parameters on structural morphology and performance of PES/PDMS composite membrane for gas separation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MZ4A | Patent is void |
Effective date: 20171226 |