Спосіб отримання композитних модифікованих мембран

Винахід відноситься до області хімічної промисловості, зокрема, до виготовлення виробів з синтетичних та природних високомолекулярних сполук та відноситься до пористих матеріалів у вигляді фільтруючих елементів і мембран. Такі матеріали використовуються в процесах розділення сумішей речовин, одержання чистих речовин, особливо води, очистки рідинних та газових середовищ в хімічній, харчовій та інших промисловостях та медицині, як фільтруючі елементи установок для ультра-, нанофільтрації та процесів зворотнього осмосу. Метою пропонованого винаходу є створення типорозмірного ряду мембран для ультра-, нанофільтрації та процесів зворотнього осмосу та підвищення ефективності цих процесів за рахунок формування асиметричних полімеризаційних шарів. Поставлена мета досягається тим, що спосіб включає створення підложки у вигляді пористого матеріалу асиметричної структури з заданими формою і розміром пор та рівномірним їх розподілом в об'ємі, на яку наносять визначені мономери з метою створення багатошарової або в граничному випадку дво- шарового композитного матеріалу хімічним способом, або способом плазмо-хімічної полімеризації. Створення композитних модифікованих мембран здійснюється формуванням асиметричних полімеризаційних шарів по поверхні мембрани у відповідних умовах. Найбільш близьким за технічною суттєвістю до винаходу який заявляється, є спосіб отримання мікропористих полімерних фільтрів, який викладено в патентах України № 292 від 29.01.1993 p., та 15932 від 30.06.1997 р. Спосіб включає розчин поліаміду в органічному розчиннику, формування на антиадгезійну підложку, витримку на повітрі з наступною коагуляцією, промивкою та сушкою. Створені полімерні мембрани таким способом мають пористу структуру у всьому об'ємі. За рахунок зменшення анізотропності та створення більш однорідної структури ці мембрани призначені для мікро- та ультрафільтрації. Дана мета розробки яка заявляється є створення типорозмірного ряду мембран від ультрафільтрації до процесів зворотнього осмосу. В основу винаходу покладено завдання - створення асиметричної структури мембранного матеріалу з заданими формою і розміром пор, які забезпечують ефективне протікання процесів по кожному виді фільтрації. Таким чином за допомогою підібраних параметрів технологічного процесу при визначеному складі компонентів створюються фільтруючі матеріали з заданими для кожного етапу властивостями та зменшують деформацію мембран. Поставлене завдання створення композитних модифікованих полімерних мембран вирішується у два етапи: Перший етап - створення основного полімерного матеріалу асиметричної структури (у подальшому підложки) , другий етап - нанесення заданої кількості шарів в граничному випадку одного шару по поверхні отриманого фільтруючого матеріалу. Для створення мікропористої підложки, застосовують спосіб (прототип), який включає розчин полімеру в суміші розчинників, формування розчину на повітрі, коагуляцію та сушку, в якій включено наступні операції: 1) витримка на повітрі розчину в заданих часових границях; 2)коаголяцію поліаміду на першій стадії формування у воді без домішок при температурі 20 - 25ºС; 3)"загартовування" загалом сухої мембрани при температурі 150 – 170ºС; 4) співвідношення компонентів складу композиції, мас.ч.: поліамід 25 - 28 мурашина кислота 50 - 53 етиловий спирт 10 - 13 вода 3-6 Позитивний ефект досягнуто за рахунок збільшення часу витримування поливного розчину на повітрі першої стадії формування мембрани, а також в процесі коагуляції розчину в осаджувальній ванні при температурі 20-25ºС та "загартовуванні" на останній стадії способу одержання. Збільшення часу перебування поливного розчину на повітрі до 15 - 17 хвилин призводить до взаємодії макромолекул, що в свою чергу сприяє закриттю пор на поверхні. На стадії формування мембрани визначена температура в осаджувальній ванні 20 - 25°С, яка сприяє прискоренню процесу дифузії і як наслідок ущільненості структури. Підвищення температури, збільшує швидкість розподілу фаз, та прискорює процес відповідного формування розміру пор. Завершення процесу взаємодії осаджувач - розчинник є показником завершення формування підложки в осаджувальній ванні. Завершальним етапом отримання полімерної мікропористої підложки є "загартовування" її при температурі 150 - 170°С. Внаслідок такої комплексної технології виробництва за визначеними технологічними параметрами, створено полімерний матеріал, який відрізняється щільністтю упакування по поверхні мембрани, що засвідчує про асиметричну структуру та підтверджується електронними м ікрофотографічними знімками поперечного перерізу. Так як асиметрия структури створеної підложки є лише доповненням до позитивного .рішення, але в цілому не вирішує завдання створення гипорозмірного ряду від ультрафільтраційних до зворотньоосматичних мембран. Тому другим етапом наукової розробки є модифікація підложки за рахунок формування асиметричних полімерйзаційних шарів по поверхні. В залежності від способу нанесення і технологічних параметрів автори здійснювали виробництво композитних, матеріалів з модифікованою поверхнею шляхом нанесення на останньому етапі тонкого, щільного зовнішнього полімерного бар'єрного шару; В цьому випадку в якості реагенту використовували похідні сполуки фурфуролу шляхом плазмохімічної полімеризації з визначеним терміном обробки. Утворення бар'єрного шару здійснюється завдяки реакційної здібності функціональних груп реагенту, що при відповідних параметрах призводить до зшивки зв'язку та забиття пор по поверхні полімерної підложки, що в свою чергу сприяє зміні хімічних та механічних властивостей мембрани в хомплексі. Внаслідок, в цілому процес одержацрі фільтруючого полімерного матеріалу визначено, що завдання створення типорозмірного ряду мембран від ультрафільтрації до процесів зворотнього осмосу вирішена у два етапи: а) отримання мікропористої підложки з асиметричною структурою; б) створення багато-, а в граничному випадку двошарових композитних модифікованих полімерних мембран з плазменим напиленням бар,єрного пару. Таблиця №/№ Мембрана Типи мембрани Середній розмір пор, мкм К, волого вміст % Ефективність розділення, % по * NaСI** 1 2 3 4 Поліамідна (підложка) Композитна(1) Композитна(2) Поліамідна (Німеччина) СаСI2** СаСІ2*** Мембрана пропускає Ультра-фільтраційна 0,04 - 0,01 0,01 - 0,001 0,02 0,01 98,6 99,0 98,6 99,0 98,7 100 Зворотньо-осматична *Контроль по СI по Са **СI ***Са+2 0,04 Нано-фільтраційна Зворотньо-осматична +2 0,1 - 0,04 0,01 - 0,001 0,01 97,3 97,3 97,9