Способ получения металлических мембран Советский патент 1992 года по МПК B01D67/00 

Изобретение относится к изготовлению неорганических полупроницаемых мембран, в частности к получению металлических мембран и может быть использовано для микро- и ультрафильтрации жидкостей.

Преимущества неорганических мембран, втом числе металлических, перед известными мембранами заключается в их устойчивости к высоким температурам, давлениям, нечувствительности к действиям бактерий, возможности многократной регенерации, повышенном сроке службы.

Металлические мембраны обладают рядом преимуществ по сравнению с другими неорганическими мембранами

-возможность получения пористого материала в виде фольги,

-возможность создания из пористых металлических материалов различных конструкций фильтрующих элементов,

-простотой получения исходного материала.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения фильтроматериала из пористого металла для очистки жидкости или газа.

Способ осуществляется следующим образом.

Пористый материал, полученный методом прокатки пакета сетки сарже1Ъ№ 9дно- стороннего переплетения из пяти слоев при 1200°С, подвергают воздействию ударов абразивными частицами, сферической формы (кварцевый песок твердостью 1100- 1200 кг/мм ) на центробежном ускорителе. При этом угол атаки абразивных частиц к поверхности обрабатываемого материала должен составлять 90°, так как происходит локальная, пластическая деформация поверхности пористого (сетчатого) материала от каждой частицы абразива и процесс микрорезания не происходит. Вследствие пластической деформации часть металла с поверхности затекает в поры и уменьшает их размеры только на поверхности образца, причем размеры пор по толщине Ъбраэца остаются теми же, что и до аэрозионной обработки. Таким образом формируется селективный фильтрующий слой, При равномерном распределении попадания частиц

Ё

абразива по всей обрабатываемой поверхности и правильном выборе размеров абразивных частиц, их скорости, количества, а также угла атаки можно добиться уменьшения размеров пор (что определяет тонкость фильтрации) до величины 5 мкм и менее. Так, при скорости соударения частиц кварца с поверхностью материала до 80 м/с () происходит уменьшение средних размеров пор на поверхности пористого сетчатого материала в 2-2,3 раза, т.е, до 30-25,0 мкм.

Эрозионная обработка предусматривает применение цёнтробежнбго ускорителя ЦУК-ЗМ, бункер для абразивных частиц с вращающимся ротором и каналами для продвижения частиц в роторе, устройство для установки обрабатываемого материала под определенным углом, что свидетельствует о сложном технологическом оборудовании. Одйэко известный способ имеет сложный процесс изготовления фильтроматери- arta и недостаточно высокую эффективность фильтрования,

Цель изобретения -упрощение процесса при одновременном улучшении эксплуатационных характеристик мембран.

Способ получения фильтроматериала Заключается в формировании селективного слой на металлической пористой подложке путем механического воздействия на поверхность подложки. Для этого к подложке прикладывают давление, равное 1,05-1,30 предела текучести материала подложки, и с одной стороны подложки давление передают через упругоэластичную прокладку, имеющую предел текучести, меньший, чем предел текучести материала подложки.

Использование уплотняющей прокатки с одной промежуточной упругоэластичной прокладкой позволяет сформировать мелкопористый селективный слой из материала подложки со стороны, где Давление непосредственно передается на подложку. В процессе уплотняющей прокатки упругоэластичная прокладка проникает в межчастичное пространство пористой металлической подложки, тем самым препятствуя уменьшению размера пор на поверхности подложки. Одновременно, с противоположной стороны происходит смятие поверхностных частиц подложки, что приводит к уменьшению шероховатости, среднего размера пор и пористости. При этом не происходит объемной деформации материала подложки, что наблюдается при традиционной уплотняющей прокатке материала, а деформация локализуется с одной стороны поверхности подложки, обеспечивая образование селективного фильтрующего слоя со средним размером пор 1-3

мкм и пористостью материала 25-30%, что приводит к повышению эффективности фильтрования за счет повышения селективности и производительности мембраны

(продолжительности фильтрования).

Способ реализуется следующим образом.

Пример. К пористой металлической подложке при прокатке прикладывается

давление, равное 1,05-1,30 предела текучести материала подложки с применением упругоэластичной прокладки, расположенной с одной стороны металлической подложки и имеющей предел текучести меньше, чем

предел текучести материала подложки.

Например, в качестве пористой металлической подложки можно использовать пористые ленты марки ФНС-5 (ТУ-14 -1-1400-75), ФНС-2(ТУ-14-1-2819-79)

и др., изготовленные из порошка нержавеющей стали марки ПХ18Н15, предел текучести 3,3 кг/мм , 4,0 кг/мм2 соответственно и пористую ленту ФН-3(ТУ-14-153-249-83), изготовленную из порошка никеля с пределом

текучести 5,0 кг/мм2. В качестве упругоэластичной прокладки можно использовать полиэтиленовую пленку толщиной 0,050 мм (ГОС 10354-82).

Пористость образцов определяют гидростатическим взвешиванием (ГОСТ 18898- 73). Размер пор определяют методом вытеснения жидкости (ГОСТ 26849-86), плотность материала определяют в соотеет- ствии с ГОСТ 18889-73. Проницаемость определяют по формуле

V

5т

; М/С,

где V - объем отфильтрованной жидкости, м3;

S - поверхность мембраны, м2; т- время фильтрования, мин. Селективность (р определяют по формуле:

/л - Со Сф о/

V- Сф /0

где Со и Сф - концентрации отделяемого вещества в исходном растворе и в фильтрате.

В качестве объекта фильтрования были

использованы жиросодержащие воды участка отстоя сырья мыловаренного производства, содержание жира в исходной воде 3600 мг/л.

Пористая металлическая лента ФНС-5 с

размером пор 5 мкм подвергалась обжатию на горизонтальных вальцах. Давление создавалось управляемым нагружением верхнего вала и составило 4,2 кг/мм2 Р/Ртек 1,20). Между валком и пористой металлической лентой прокладывалась полиэтиленовая прокладка После уплотнения указанным способом размер пор подложки составил 2 мкм, пористость 35%, продолжительность фильтроцикла 110 мин, селектив- ность 60% (см. табл. п. № 3). Другие примеры осуществления способа по изобретению и прототипу показаны в таблице. Как следует из данных таблицы, режим уплотняющей прокладки по данному изо- бретению обеспечивает получение тонкопо- ристого материала с высокой селективностью при достаточно высокой производительности (примеры 2-4: 8-10; 14-16).

Повышение давления сверх 1,30 предела текучести материала приводит к возникновению дефектов структуры, о чем свидетельствует увеличение размера пор и снижение селективности очистки (примеры 6, 12, 18) Величина давления менее 1,05 предела текучести материала подложки не приводит к каким-либо заметным изменениям в структуре исходного материала (приме- ры 5, 11, 17), а следовательно, и в показаниях процесса фильтрования.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению с известным заключается в следующем:

-упрощается технология получения фильтроматериала за счет исключения сложного оборудований;

-повышается эффективность мембран за счет значительного уменьшения шероховатости поверхности и увеличения производительности, т е. увеличения продолжительности фильтрования (фильтроцикла) в 2-4 раза, а также увеличения селективности в 1,5-2 раза;

-в результате получается материал с воспроизводимыми характеристиками;

-предлагаемый способ является экологически чистым, улучшаются условия труда.

Формула изобретения Способ получения металлических мембран, включающий формирование селективного слоя на металлической пористой подложке при механическом воздействии на поверхность этой подложки, отличающийся тем, что. с целью упрощения процесса при одновременном улучшении эксплуатационных характеристик мембран, механическое воздействие оказывают путем наложения давления, величина которого равна 1,05-1,30 предела текучести материала подложки, причем перед механическим воздействием с одной стороны подложки помещают упругоэластичную прокладку, имеющую меньший, чем у материала подложки, предел текучести.

Продолжение таблицы

Использование: в процессах микро- и ультрафильтрации жидкостей. Сущность изобретения: селективный слой на пористой металлической подложке формируют путем наложения давления на эту подложку Величина давления равна 1,05-1,30 предела текучести материала подложки. Перед наложением давления с одной стороны подложки помещают упругоэластичную прокладку, имеющую меньший, чем у материала подложки, предел текучести. 1 табл.