Способ получения полупроницаемых мембран Советский патент 1990 года по МПК B01D67/00 

Изобретение относится к технологии получения мембран для ультрафильтрации, обратного осмоса, диализа.

Цель изобретения - упрощение способа.

Цель достигается тем, что формирование полупроницаемых мембран осуществляют на электропроводящей подложке (сплошной или пористой) путем электрохимического инициирования полимеризации мономеров в растворах.

Способ осуществляется следующим образом.

В раствор, содержащий один или несколько мономеров, а также в случае необходимости электропроводящую соль, помещают два электрода, один из которых, анод, может быть изготовлен из платины, никеля, алюминия, титана или другого устойчивого в данной среде электропроводящего материала, а другой, катод, из любого листового или пористого электропроводящего материала, например, стали, железа, алюминия, никеля, титана, кадмия, цинка, свинца углерода и др. Электролизную ванну подключают к источнику питания. Процесс ведут при потенциале (-1,1) - (-1,7) В или плотности тока 1-40 мА/см2. Более низкие значения потенциала и плотности тока использовать нецелесообразно, так как при этом значительно снижается скорость формирования полимерной пленки и удлиняется время электролиза. Превышение же указанных режимов может приводить к разложению растворителя, выделению пузырьков газа на электроде, перфорации пленки и отрыву ее от подложки. В различных вариантах осуществления способа процесс электрополимеризации можно вести как при строго фиксированных значениях потенциала или плотности тока, так и при комбинированном режиме электролиза, сочетающем кратковременные (30-40 с) импульсы тока высокой плотности или потенциалов и более низкие их значения. Это позволяет

СП

Од

О

ьэ

00

ускорить процесс пленкообразования, сохранив хорошее качество мембраны. Затем через заданное время электролиза ванну отключают от источника питания, электрод с покрывающей его полимерной пленкой вынимают из ячейки, промывают водой. В том случае, если полимерную пленку наносили на поверхность металлокерамики, то после электролиза получается композиционная мембрана, которую можно сразу использовать как полупроницаемую в процессах ультрафильтрации или обратного осмоса. В таких композиционных мембранах полимер и металл прочно сцеплены друг с другом, поскольку электрополимеризация протекает не только на поверхности ме- таллокерамического электрода, но и в его порах. Если же полимерную пленку осаждали на сплошной металлической пластине, то для того, чтобы получить мембрану, надо полимерную пленку отделить от поверхности электрода. Для этого электрод с пленкой на короткое время (0,5-2 мин) помещают в раствор соляной кислоты. При этом пленка отделится от поверхности металла и ее можно использовать в качестве мембраны.

Фильтрационные свойства получаемых методом электрохимического инициирования полимеризации мономеров полимерных пленок подтверждают следующие примеры.

Пример 1. В электролизную ванну наливают водный раствор мономеров (3 М ак- риламида, 7 М формальдегида, 0,05 М хлорида цинка), помещают платиновый анод и никелевый катод с рабочей поверхностью 20 см2. Электролиз проводят при комнатной температуре при потенциале -1,4 В (относительно хлорсеребряного электрода) в течение 10 мин. На поверхности никелевой пластины формируется равномерная полимерная пленка. Пленку снимают с металла, вырезают из нее фильтр нужного размера (8,5 см2) и формы и помещают в ячейку для ультрафильтрации. Фильтруемый раствор - конго красный с концентрацией 225 мг/л. Перепад давления 4 кгс/см2. В этих условиях испытуемая мембрана показывает производительность 3,4- мл/мин, см2, коэффициент проницаемости 0,86- мл/мин.кгс, селективность 74,0% (концентрация конго красного в фильтрате 58 мг/л).

Пример 2. Состав электролизной ванны для получения ультрафильтрационной мембраны : 0,45 М акриловой кислоты, 3 М акриламида, 3 М формальдегида, 0,3 М хлорида цинка. Анод - алюминий, катод - никель с рабочей поверхностью 20 см2. Потенциал электролиза - 1,2 В, время 30 мин.

На поверхности катода формируется полимерная пленка. Пленку снимают с металла, вырезают из нее фильтр площадью 8,5 см2.

помещают в ячейку для ультрафильтрации. Фильтруемый раствор - конго красный с концентрацией 232 мг/л. Перепад давления 4 кгс/см2. Производительность мембраны 4,52- мл/мин- см2, коэффициент производительности 1,13- мл/кгс, селективность разделения 99,1 % (концентрация конго красного в фильтрате 2 мг/л).

Таким образом, в сравнении с прототипом преимущества заявляемого способа проявляются в его значительном упрощении за счет осуществления способа в одну стадию, сокращения времени, необходимого для формирования готовой к работе мембраны и исключения таких стадий, как сушка мембран в условиях повышенной температуры и влажности, что требует специального оборудования, выдержка мембраны, нанесение защитного покрытия на поверхность пленки. Способ обладает более широкими технологическими возможностями, поскольку предусматривает получение пленок на металлокерамической подложке и на сплошной металлической подложке. Он может быть осуществлен в различных режи5 мах: гальвано - и потенциостатическом. Мембраны, полученные методом электрохимического инициирования полимеризации, после синтеза не требуют никакой дополнительной обработки. Они могут быть использованы как сразу после получения,

0 так и после хранения. При этом, поскольку мембрана не изменяет своих характеристик после высушивания, хранить ее можно как в набухшем, так и в сухом состоянии.

35

Формула изобретения

1.Способ получения полупроницаемых мембран путем формирования на подложке полимерной пленки из раствора органичес0 ких веществ, при наложении на него электрического поля, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, подложку выполняют из электропроводящего материала и используют в качестве одного из электродов, а полимерную пленку формируют

5 электрохимическим инициированием полимеризации виниловых мономеров в присутствии металла-комплексообразователя при потенциале 1,1 -1,7 В и плотности тока 1-40 мА/см2.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве виниловых мономеров используют акриламид и формальдегид в концентрации 3-7 моль/л или их сочетание с акриловой кислотой, винилацетатом, N,

5 N - метиленбисакриламидом, а в качестве металла-комплексообразователя - хлорид цинка.

Изобретение относится к способам изготовления мембран, используемых для разделения растворенных веществ, растворов и коллоидных систем методами ультрафильтрации, обратного осмоса, диализа. Цель изобретения - упрощение способа и расширение его технологических возможностей. Мембрану формируют на электропроводящей подложке путем электрохимического инициирования полимеризации мономеров. В случае, когда полимерную пленку наносят на поверхность металлокерамики, после электролиза получают композиционную мембрану, которую можно сразу использовать в процессах разделения. При использовании в качестве подложки сплошной металлической пластины полученную полимерную пленку снимают с электрода, кратковременно выдерживая его в растворе соляной кислоты, и далее используют как обычную мембрану. Получение мембран таким методом может быть осуществлено как при постоянном напряжении, так и при постоянной плотности тока, что расширяет возможности способа. 1 з.п. ф-лы.