Способ производства трековых мембран Советский патент 1993 года по МПК B01D67/00 

Изобретение относится к разделению; Сред с помощью полупроницаемых мембран, в частности к способам производства трековых мембран из тонких полимерных плёнок путем облучения их ядрами тяжелых ионов и последующим химическим травле- йием треков, и может быть использовано в Ироизводстве мембранных фильтров.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса и качества трековых . Мембран.

Это достигается тем, что в предлагае- йом способе, травление треков, нейтрализацию и промывку осуществляют одновременно с фильтрованием рабочих растворов через ионообменные фильтры и патронные микрофильтры при одинаковой температуре/перед нейтрализацией, промывкрй и сушкой осуществлягот обезвоживание,полимерной пленки;, нейтрализацию;, остатков рейгёнта анолитом воды ej водородным Показателем ме:неё 4, а про- ; мывку пленки и треков осуществляют деи6-;. иизироваиной.водой .с одновременным:, воздействием ультразвуковых колебаний.; Операции травления, нейтрализации и промывки осуществляют при температуре в пределах 75-85° С, в качестве ионообменных фильтров используются сорбционные колонки с активированным углем, в. патронных микрофильтрах используются фильтровальные элементы-со стерилизующим эффектом, а травление треков пленки ведут одновременно с воздействием на них ультразвуковых колебаний, генерируемых в растворе реагента магнитостриктерами.

О Ю SJ N4

М;

СО

Введение первого нового существенно отличительного признака травление треков, нейтрализацию и промывку осуществляют одновременно с фильтрованием рабочих растворов через ионообменные фильтры и патронные микрофильтры при одинаковой температуре позволяет, во- первых, существенно снизить концентрацию продуктов травления в растворе реагента во время проведения процесса травления, а также своевременно выводить из технологического процесса продукты химических реакций, являющиеся основными источниками химических и механических загрязнений мембраны. Снижение отмеченных концентраций в травильном растворе приводит к увеличению химического потенциала, что обеспечивает увеличение скорости и качества травления треков пленки и, в конечном счете, обусловливает повышение эффективности процесса травления. Введение операции фильтрования через ионообменные фильтры,, обеспечивающие сорбционную очистку от продуктов травления (полиэтилентерефталат натрия, этилен- глиголь и их производные) во зремя производства трековых мембран позволяет увеличить скорость проведения процессов травления, нейтрализации, промывки за счет снижения концентраций продуктов реакций. Это обеспечивает повышение эффек- тивности способа: Кроме того, одновременное фильтрование через патронные микрофильтры существенно повышает степень чистоты мембран и их качество. Очевидно, что именно микрофиль-: тры, обеспечивающие тонкость фильтрования менее 5 мкм с высокой степенью эффективности удаляют механические загрязнения в процессах травления, промывки, нейтрализации указанного размера частиц. Применение обычных фильтров с тонкостью фильтрования, выходящей за пределы микрофильтрации, не обеспечивает достижения цели, так как наиболее существенное влияние на качество мембран и эффективность способа оказывают твердые частицы и механические загрязнения размером 5 мкм и менее, так как частицы этого размера взвешены в растворах и удаление их из процесса возможно осуществить только на микрофильтрах. Проведение одновременногосорбционного и микрофильтрования при одинаковой температуре во всех процессах, обеспечивает стабильность проведения операций, более тонкое управление процессами, упрощает технологичность производства.

Введение второго существенного отличительного признака, а именно то, что перед нейтрализацией, промывкой и сушкой осуществляют обезвоживание полимерной пленки позволяет уменьшить перенос обь- емов травильных растворов в нейтрализующие, а последних - в промывные растворы, что уменьшает химическое загрязнение, повышает качество мембран, а также позволяет повысить эффективность процессов за счет уменьшения переносимых объемов из

одной операции в другую и снижения затрат на нейтрализацию этих объемов. Таким образом, введение второго признака также обеспечивает существенное повышение эф.- фективности способа.

Введение третьего нового и существенного признака изобретения, заключающего в том, что нейтрализацию остатков реагента ведут анолитом воды с водородным показателем менее 4 позволяет производить

нейтрализацию остатков травителя, в большинстве случаев остатков щелочи, комплексами активированного гидроксония без образования продуктов химической реак-( ции в твердой фазе, что резко сокращает

степень механического загрязнения трековых мембран. Анолит с водородным показа- телем менее 4 получают известным способом электролизерной обработкой воды через полупроницаемую перегородку постоянным током, В рассмотренном случае используется деионизованная вода. В связи с тем, что в такой воде при водородном показателе менее 4 образуются активированные ионы гидроксония воды, при проведении реакций нейтрализации отсутствуют осадкообразующие компоненты, что повышает качество мембран, и эффективность способа. Кроме того, применение анолита с водородным показателем менее 4 в процессе производства мембран позволяет повысить экологичность способа за счет исключения в сбросах экологически вредных веществ, например, уксусной кислоты. Таким образом, применение анолита воды

существенно повышает эффективность способа.

Четвертый существенный признак, а именно промывка пленки и треков осуществляют деионизованной водой с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний резко увеличивает скорость промывки за счет интенсификации процесса ультразвуковыми колебаниями, а также тем, что деионизованная вода в силу своих

свойств и специфичности способствует увеличению химического потенциала за счет разности концентраций продуктов промыв- ки в начале процесса и в конце его. Кроме того, что особенно существенно, деионизо ванная вода имеет наименьшую собственную загрязненность по сравнению с дистиллированной водой. Таким образом, четвертый признак в сочетании с предыдущими обеспечивает достижение цели.

Проведение операций травления, нейтрализации и промывки при температуре в пределах 75-85° С обеспечивает оптимально наибольшую скорость операций за счет увеличения скорости диффузии ионов в протравляемых и промываемых треках. Снижение температуры менее 75° С резко снижает эффективность процессов промывки, нейтрализации или травления за счет уменьшения скорости диффузии ионов, а повышение температуры более 85° С приводит к потерям раствора реагента, нейтрализующего анолита и промывкой деионизованной воды за счет повышенного испарения.

Травление треков при одновременном воздействии ультразвуковыми колебаниями, .генерируемыми в растворе реагента магнитостриктерами, резко увеличивает скорость травления, что приводит к повышению эффективности процесса и качества трековых мембран.

Использование в качестве ионообменных фильтров сорбционных колонок с активированным углем позволяет осуществить глубокую ионную очистку реагентов и промывных вод от органических соединений, а также производных соединений этиленгли- коля, и соединений продуктов реакции де- структированных треков полимерной пленки со щелочью, а использование в патронных микрофильтрах элементов со стери- лизующим эффектом позволяет производить очистку реагента, нейтрализующего раствора и промывочной деионизованной воды от бактерий размером 0,2 мкм и более, что позволяет в течение процесса изготовления иметь стерильные трековые мембраны. Кроме того, использование указанных элементов позволяет ликвидировать механическое загрязнение мембран колониями бактерий, что повышает качество мембран.

На чертеже представлена принципиальная схема проведения способа производства трековых мембран.

Пример 1. Полиэтилентерефталатная (лавсановая) пленка толщиной 10 мкм облучалась ускоренными ионами аргона с плотностью потока 1011 ионов/см2. Затем полимерная пленка подвергалась сенсибилизации путем воздействия на деструкти- рованные треки ультрафиолетовым излучением с, длиной волны 300 нм. Подготовленная определенным образом пленка обрабатывалась о травильном растворе гидроксида натрия при 80° С, Концентрация травильного раствора - 5N раствор.

Для интенсификации процесса травления треков в травильном растворе гене- 5 рировались магнитостриктерэми ультразвуковые колебания с частотой 18 кГц.

В процессе травления рабочий травильный раствор непрерывно фильтровался

0 от продуктов деструкции пленки и механических загрязнений в сорбционных колонках с активированным углем, а затем в патронных микрофильтрах со стерилизующим эффектом и с тонкостью фильтрования

5 менее 0,2 мкм, Скорость фильтрации 2 л/ч, Сорбционная емкость активированного угля по органическим продуктам деструкции лавсановой пленки составила 0,2 г/г.

На выходе полимерной пленки с опера0 ции травления производилось ее обезвоживание с помощью-двух фторопластовых скребков.

Нейтрализация раствора щелочи в треках и на пленке после обезвоживания осу5 ществлялась анолитом воды с водородным показателем 3,5. Температура раствора при нейтрализации 78° С, В процессе нейтрализации нейтрализующий раствор непрерывно фильтровался через сорбционные

0 колонки с активированным углем и в микрофильтрах и тонкостью фильтрования 0,2 мкм со стерилизующим -эффектом. Скорость фильтрации Юл/ч.

На выходе с операции нейтрализации

5 пленки обезвоживалась также двумя скребками.

Затем производилась промывка пленки деионизованной водой марки А ОСТ 11.029. - 003-80 при воздействии ультразвуковых ко0 лебаний, генерируемых магнитостриктерами. Частота генерируемых в деионизованной воде колебаний - 18 кГц. Температура воды - 80° С.

При промывке деонизованная вода не5 прерывно фильтровалась в сорбционных ко- лонкзх с активированным углем и в микрофильтрах со стерилизующим эффектом и тонкостью фильтрования не более 0,2 мкм. Скорость фильтрации 10 л/ч.

0 На выходе с операции промывки пленка обезвоживалась двумя скребками и подвергалась сушке горячим воздухом с температурой 50-60° С.

В результате были получены трековые

5 мембраны с размером пор 0,2 мкм. Дальнейшая проверка качества мембран, определяемая путем лабораторного анализа . водной вытяжки при кипячении мембран в деионизованкой воде, показала, что в анализируемой водной вытяжке содержание

органических веществ составило менее 1 мг/л, содержанием макрочастиц размером 1-5 мкм составило 18 шт/мл, а содержание микроорганизмов на мл - 1 колония.

Химические загрязнения обнаружены не были. Таким образом, в результате опытной проверки предложенного способа были получены трековые мембраны, удовлетворяющие современным требованиям.

П р и м е р 2. Полиэтилентерефталатная (лавсановая) пленка толщиной 10 мкм облучалась ускоренными ионами ксенона с плотностью потока 1011 ионов/см . Затем полимерная пленка подвергалась сенсибилизации путем воздействия ультрафиолетового излучения с длиной волны 300 нм. После этого пленка обрабатывалась в травильном растворе гидроокиси натрия. Концентрация травильного раствора - 4,4 N раствор. Температура 83° С. Для интенсификации процесса травления треков в травильном растворе генерировались магнитостриктерами ультразвуковые колебания частотой 18 кГц. В процессе травления рабочий травильный раствор непрерывно фильтровался согласно описанному в примере 1.

На выходе полимерной пленки с операции травления производилось ее обезвоживание согласно описанию в примере 1.

После обезвоживания пленки осуществлялась нейтрализация раствора щелочи в треках и на пленке анолитом воды с водородным показателем 3,2. Температура процесса нейтрализации 82° С. В процессе, нейтрализации нейтрализующий раствор непрерывно фильтровался согласно описанию в примере 1.

На выходе с операции нейтрализации пленка обезвоживалась двумя фторопла- стовыми скребками. Затем производилась промывка пленки деионизованной водой марки А ОСТ 11. 029. 003-80 при воздействии ультразвуковых колебаний, генерируемых магнитостриктерами.

Частота генерируемых в деионизованной воде колебаний - 18 кГц. Температура воды 82° С. При промывке деионизованная . вода непрерывно фильтровалась согласно описанию в примере 1.

На выходе с операции промывки пленка обезвоживалась и высушивалась согласно описанию в примере 1.

В результате были получены трековые мембраны с размером пор 1,0 мкм. Проверка качества изготовленных мембран поданным лабораторного анализа водной вытяжки при кипячении мембран в деионизованной воде показала, что содержание органических веществ в водной вытяжке составило. 0,8 мг/л, содержание микрочастиц размером 1,5 мкм - 18 шт/мл, а содержание микроорганизмов - 1 колония/мл. Химические загрязнения обнаружены не были. Таким образом, в результате опытной проверки предложенного способа были получены трековые мембраны, удовлетворяющие современным требованиям. Формула изобретения

1. Способ производства трековых мембран, включающий облучение полимерной пленки ускоренными ионами элементов, ее сенсибилизацию облучением светом в ультрафиолетовом диапазоне, травление активированных треков пленки в растворе щелочного неорганического реагента, нейтрализацию остатков реагента, промывку пленки и треков водой и последующую суш-, ку воздухом, отличающийся тем. что,

с целью повышения эффективности процесса и качества трековых мембран перед нейтрализацией, промывкой и сушкой полимерную пленку обезвоживают, нейтрализацию остатков реагента ведут анолитом

воды с водородным показателем менее 4, а промывку пленки и треков осуществляют деионизированной водой с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний, при этом каждый рабочий раствор, используемый при травлении, нейтрализации и промывке, рёциркулируют после пропускания через ионообменные фильтры и патрон- ные микрофильтры при постоянной температуре.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что травление, нейтрализацию и промывку ведут при 75-85° С.

3. Способ по п. 1,отличающийся тем, что травление треков пленки ведут при одновременном воздействии ультразвуковых колебаний, генерируемых в растворе реагента магнитостриктерами.

4 Способ по п. 1, о т л и ч а ю щи и с я тем, что в качестве ионообменных фильтров используют сорбционные колонки с активированным углем, а в патронных микрофильтрах используют фильтровальные

элементы со стерилизующим эффектом.

полимерная пленхо

Использование: изобретение относится а разделению сред с помощью полупрони- цёемых мембран, в частности к спбсрбам производства трековых мембран из тонких полимерных пленок путём облучения их тяжелыми ионами и послед ующйм химическим травлением треков, м может быть использовано в производстве мембранных фильтров. Сущность: полимерную пленку облучают ускоренными ионами элементов, затем сенсибилизируют облучением светом в УФ-диапазо не, травят в растворе ще- Лочи, нейтрализуют, прбмыаают и сушат. Перед нейтрализацией, сушкой и промывкой блимерную пленку обезвоживают, нейтрализацию о;статк6в реагента ведут анолйтом1 воды с водородным показаталем менёё, а промывку пленки йТрёкЬвосуще- ствляют дёиЬнизирбнанной водой с одно- времеиньгм вШдействиеМ ультразвуковых колебаний. При этом каждый рабочий рас- v твор, используемый ;прй тра в/10иий, не йтра-;: лизации и гфомьУвкё рёцйркулируют после пропускания черезионообменные фильтры и патронныемйкрофильтры при постоянной температуре.3з. п. ф-лы, 1 ил.....$ Ј

-рт&

ент

мыпоазьцк

ifjtbrnj

QHO-fium

PtttV

дЈионизо&анная

уль тразЬук

облучение, ускоренными ионани

сене иёшшзоция УФ-сЬетом

срильтроВоние Ь колонках и никросрильтрож

Т

одезЪохиЬание

срильгпроЬанце

& гсионхах и

нихро азилыпррх

оЬезЬожиЬачие

фильтрование & колоний)/ и никросрильтрах

oSesboxu&qHue

cuuixct Ьоэдухом