[go: up one dir, main page]

NL8702924A - Asymmetric hollow fibre gas sepn., membranes - made by extruding polymer soln. through annular die into non-solvent for polymer etc. - Google Patents

Asymmetric hollow fibre gas sepn., membranes - made by extruding polymer soln. through annular die into non-solvent for polymer etc. Download PDF

Info

Publication number
NL8702924A
NL8702924A NL8702924A NL8702924A NL8702924A NL 8702924 A NL8702924 A NL 8702924A NL 8702924 A NL8702924 A NL 8702924A NL 8702924 A NL8702924 A NL 8702924A NL 8702924 A NL8702924 A NL 8702924A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
solvent
polymer
bath
membranes
hollow fiber
Prior art date
Application number
NL8702924A
Other languages
Dutch (nl)
Original Assignee
Akzo Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Akzo Nv filed Critical Akzo Nv
Priority to NL8702924A priority Critical patent/NL8702924A/en
Publication of NL8702924A publication Critical patent/NL8702924A/en

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/58Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D67/00Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
    • B01D67/0002Organic membrane manufacture
    • B01D67/0009Organic membrane manufacture by phase separation, sol-gel transition, evaporation or solvent quenching
    • B01D67/0016Coagulation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08Hollow fibre membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/66Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
    • B01D71/68Polysulfones; Polyethersulfones
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/24Formation of filaments, threads, or the like with a hollow structure; Spinnerette packs therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2323/00Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/12Specific ratios of components used
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2325/00Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/02Details relating to pores or porosity of the membranes
    • B01D2325/022Asymmetric membranes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Assymetric hollow fibre gas sepn. membranes are made by extruding a polymer in an organic solvent from an annular ring die with an inert gas or a non-solvent for the polymer in the core, into (i) a first non-solvent for the polymer, the residence time in this non-solvent being such that no demixing of the polymer occurs, and subsequently into (ii) a second non-solvent for the polymer chosen such that demixing of the polymer begins immediately in this, the solvent (ii) having a solubility of at least 1 mol.% in solvent (i). The extruded fibre is opt. stretched, then washed and dried.

Description

tt

VV

} ' ACR 2099 *} 'ACR 2099 *

Werkwijze voor de vervaardiging van een asymmetrisch holle vezel gasschei d i ngsmembr aanProcess for the production of an asymmetrical hollow fiber gas separation membrane

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een asymmetrisch holle vezel gasscheidingsmembraan, waarbij een polymeer in een organisch oplosmiddel vanuit een ringvormig spingat met in de kern een inert gas of een niet-oplosmiddel voor het polymeer wordt geëxtrudeerd in een niet-oplosmiddel voor dit polymeer en aansluitend in een tweede niet-oplosmiddel voor dit polymeer onder vorming van een holle vezel, waarna de vezel na eventueel te zijn verstrekt wordt gewassen en vervolgens gedroogd.The invention relates to a process for the manufacture of an asymmetric hollow fiber gas separation membrane, wherein a polymer in an organic solvent is extruded from an annular spinning hole with an inert gas or a non-solvent for the polymer in the core in a non-solvent for this polymer and then in a second non-solvent for this polymer to form a hollow fiber, after which the fiber is optionally washed and then dried.

Onder een asymmetrisch holle vezel gasscheidingsmembraan wordt in het kader van de uitvinding verstaan een holle vezel gasscheidingsmembraan met een dichte, niet-poreuze toplaag en een poreuze onderlaag.For the purposes of the invention, an asymmetric hollow fiber gas separation membrane is understood to mean a hollow fiber gas separation membrane with a dense, non-porous top layer and a porous bottom layer.

Een werkwijze van het hiervoor genoemde type is beschreven in het Oost-Duitse octrooischrift 134 448. In voorbeeld 8 van dit octrooischrift is aangegeven hoe een oplossing van 15 gew.% polyacrylonitril in dimethyl-formamïde achtereenvolgens wordt geëxtrudeerd in tetrachloorköolstof en water en vervolgens met een factor 5 wordt verstrekt en gewassen met water.A method of the aforementioned type is described in East German patent 134 448. Example 8 of this patent shows how a solution of 15% by weight polyacrylonitrile in dimethylformamide is extruded successively in tetrachlorocarbon and water and then with a factor 5 is drawn and washed with water.

Aan de aldus gevormde holle vezel is (bij 0,7 MPa) een waterdoorlaatbaar-heid gemeten van 3,1 l.nr^.hr"!. Over de mogelijke bruikbaarheid van dit membraan voor gasscheiding wordt niet gesproken. Dit is evenwel niet verwonderlijk aangezien Aanvraagster bij nawerking bij de vervaardiging van een vlak membraan is gebleken dat met het in voornoemd voorbeeld gebruikte tetrachloorkoolstof als eerste niet-oplosmiddel voor het polymeer en water als tweede niet-oplosmiddel een vrijwel homogeen en niet-poreus membraan wordt gevormd. Daar komt nog bij dat polyacrylonitril door zijn (semi)kristallijne structuur weliswaar voor gassen een hoge selectiviteit, doch tegelijkertijd een zeer lage permeabiliteit bezit.The hollow fiber thus formed (at 0.7 MPa) was measured to have a water permeability of 3.1 liters per hour. The potential utility of this membrane for gas separation is not discussed. However, this is not surprising. since the Applicant has shown afterwards in the manufacture of a flat membrane that with the carbon tetrachloride used in the above example as a first non-solvent for the polymer and water as a second non-solvent a virtually homogeneous and non-porous membrane is formed. in that polyacrylonitrile, because of its (semi) crystalline structure, it has a high selectivity for gases, but at the same time it has a very low permeability.

Door de uitvinding wordt thans voorzien in een werkwijze waarmee uit spin-gaten met een ringvormige opening asymmetrische holle vezel gasscheidings-membranen kunnen worden verkregen met niet alleen een hoge selectiviteit, doch ook een hoge permeabiliteit.The invention now provides a method by which asymmetric hollow fiber spherical membranes can be obtained from spin holes with an annular opening with not only high selectivity, but also high permeability.

De uitvinding bestaat hieruit dat bij een werkwijze van het in de aanhef genoemde bekende type de verblijftijd in het eerste niet-oplosmiddel voor het polymeer zodanig is dat geen ontmenging optreedt, het tweede niet- .8702924 ACR 2099 * - 2 - oplosmiddel zodanig wordt gekozen dat de ontmenging van het polymeer daarin ogenblikkelijk een aanvang neemt en de oplosbaarheid van dit niet-oplos-middel in het eerste niet-oplosmiddel ten minste 1 mol.$ bedraagt.The invention consists in that in a method of the known type mentioned in the preamble, the residence time in the first non-solvent for the polymer is such that no segregation occurs, the second non-.8702924 ACR 2099 * -2 - solvent is selected such that the polymer is immediately mixed therein and the solubility of this non-solvent in the first non-solvent is at least 1 mole.

Gebleken is dat bij toepassing van bijvoorbeeld polyethersulfon, dat onder de merknaam VICTREX® door ICI wordt gecommercialiseerd, op deze wijze een holle vezel gasscheidingsmembraan kan worden vervaardigd dat met een voedingsgas van bijvoorbeeld CH4 met 20-25 vol.% CO2 en een drukverschil van 4 bar bij kamertemperatuur een gasflux (P/l) aan CO2 oplevert van 2,4 x 10“6 cm3 (STP)/cm2.s.cm Hg bij een selectiviteit«.(CO2/CH4) van 56. Hierin staat STP voor Standard Temperature and Pressure (273°K en 1 atmosfeer). Vooral de combinatie van hoge selectiviteit en hoge permeabiliteit van de holle vezel scheidingsmembranen volgens de uitvinding is zeer opmerkelijk. Dit hangt vermoedelijk samen met de vorming op de vezel van een zeer dunne, gesloten oppervlaktelaag als gevolg van de behandeling in de twee verschillende niet-oplosmiddelen voor het polymeer.It has been found that using, for example, polyethersulfone, which is marketed under the brand name VICTREX® by ICI, it is possible in this way to produce a hollow fiber gas separation membrane which can be produced with a feed gas of, for example, CH4 with 20-25 vol.% CO2 and a pressure difference of 4. at room temperature gives a gas flux (P / l) of CO2 of 2.4 x 10 6 cm3 (STP) / cm2.s.cm Hg with a selectivity (CO2 / CH4) of 56. STP stands for Standard Temperature and Pressure (273 ° K and 1 atmosphere). Especially the combination of high selectivity and high permeability of the hollow fiber separation membranes according to the invention is very remarkable. This is presumably related to the formation on the fiber of a very thin, closed surface layer as a result of the treatment in the two different non-solvents for the polymer.

Door in tegenstelling tot het Oost-Duitse octrooischrift beide niet-oplosmiddelen zodanig op elkaar af te stemmen dat de oplosbaarheid van het tweede niet-oplosmiddel in het eerste niet-oplosmiddel ten minste 1 mol.% bedraagt, wordt voorkomen dat het tweede niet-oplosmiddel als gevolg van een te geringe oplosbaarheid in het eerste niet-oplosmiddel niet bij de polymeeroplossing kan komen en de ontmenging te lang wordt uitgesteld. Tenslotte kan nog gewezen worden op de Nederlandse octrooiaanvrage 8 303 110, waarin eveneens een werkwijze wordt beschreven voor de vervaardiging van asymmetrische membranen. Het betreft hier evenwel uitsluitend vlakke membranen. In voorbeeld V van dit octrooischrift wordt een asymmetrisch membraan vervaardigd door een oplossing van polyacrylonitri1 in dimethylformamide bij kamertemperatuur uit te strijken op een glazen plaat en deze plaat vervolgens gedurende 3 seconden te dompelen in een isopropanolbad. Vervolgens wordt het membraan overgebracht in een tweede bad dat water bevat. In tegenstelling tot hetgeen bij de werkwijze volgens de uitvinding het geval is, treedt bij de daarin beschreven werkwijze reeds bij behandeling met het eerste niet-oplosmiddel ontmenging op. Daarentegen is het bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding essentieel dat bij behandeling met het eerste niet-oplosmiddel geen ontmenging optreedt, terwijl de verblijftijd in dit niet-oplosmiddel kort moet zijn. Dit zowel om te voorkomen dat alsnog ontmenging optreedt, als om er voor te zorgen . 87 02924 ACR 2099 - 3 - * dat een zo dun mogelijke dichte toplaag van bij voorkeur minder dan 1 urn wordt verkregen. De dikte van de open en poreuze onderlaag zal daarbij variëren van 10 tot 100 urn.Contrary to the East German patent, the two non-solvents are coordinated so that the solubility of the second non-solvent in the first non-solvent is at least 1 mol%, the second non-solvent is prevented due to insufficient solubility in the first non-solvent, the polymer solution cannot reach and the separation is postponed for too long. Finally, reference can be made to Dutch patent application 8 303 110, which also describes a method for the production of asymmetrical membranes. However, this only concerns flat membranes. In Example V of this patent, an asymmetric membrane is prepared by streaking a solution of polyacrylonitrile in dimethylformamide on a glass plate at room temperature and then immersing this plate in an isopropanol bath for 3 seconds. The membrane is then transferred to a second bath containing water. Contrary to what is the case with the method according to the invention, in the method described therein, segregation already occurs during treatment with the first non-solvent. On the other hand, when using the method according to the invention, it is essential that no separation occurs during treatment with the first non-solvent, while the residence time in this non-solvent must be short. This is both to prevent segregation from occurring as well as to ensure it. 87 02924 ACR 2099 - 3 - * to obtain the thinnest possible dense top layer, preferably less than 1 µm. The thickness of the open and porous bottom layer will vary from 10 to 100 µm.

Voor toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding komen zowel afzonderlijke polymeren als mengsels daarvan in aanmerking. Voorbeelden van geschikte polymeren zijn onder meer: polyimiden, polyaryleenoxiden, cellulose (co)polymeren, polyamiden, polyethers, polyesters, copolyether-esters, polystyrenen, polycarbonaten en polyurethanen. Daarbij gaat de voorkeur in het bijzonder uit naar de voor de onderhavige toepassing bekende polymeren als cellulose acetaat, diverse polyimiden en in het bijzonder de polyalkyleensulfonen en de polyaryleensulfonen. Tot laatstgenoemde groep van polymeren behoren ook de polyethersulfonen met als repeterende eenheid: ΟΊΌ4.Both the individual polymers and mixtures thereof can be used for the process according to the invention. Examples of suitable polymers include: polyimides, polyarylene oxides, cellulose (co) polymers, polyamides, polyethers, polyesters, copolyether esters, polystyrenes, polycarbonates and polyurethanes. Particular preference is given to the polymers known for the present application, such as cellulose acetate, various polyimides and in particular the polyalkylene sulfones and the polyarylene sulfones. The latter group of polymers also includes polyethersulfones with the repeating unit: ΟΊΌ4.

Toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding heeft niet alleen het voordeel dat holle vezel gasscheidingsmembranen kunnen worden verkregen met een hoge permeabiliteit en selectiviteit zonder dat extra maatregelen behoeven te worden genomen om eventueel gevormde poriën te dichten met bijvoorbeeld een polysiloxaan, doch ook dat de verkregen holle vezel membranen gasscheidingseigenschappen bezitten die goed reproduceerbaar zijn.Application of the method according to the invention not only has the advantage that hollow fiber gas separation membranes can be obtained with a high permeability and selectivity without additional measures having to be taken to close any formed pores with, for example, a silicone, but also that the resulting hollow fiber membranes have gas separation properties that are highly reproducible.

Het zal duidelijk zijn dat een constante kwaliteit van groot belang is bij toepassing van deze vezels in industriële gasscheidingsinstallaties.It will be clear that a constant quality is of great importance when these fibers are used in industrial gas separation installations.

Als oplosmiddelen voor de in het kader van de uitvinding tot holle vezels te verspinnen polymeren komen onder meer in aanmerking N-methylpyrrolidon, dimethyl sulfoxide, tetramethylurea, methyleenchloride, dimethylaceetamide, dimethylformamide, aceton, dioxaan en/of tetrahydrofuran. Onder omstandigheden kan het voor het verkrijgen van een goede porositeit van de vezelwand .8702924 * - 4 - f ACR 2099 van voordeel zijn in de polymeeroplossing nog een bij voorkeur laag-moleculaire component op te nemen. Voorbeelden van daartoe geschikte componenten zijn ethanol, propanol, glycerol, formamide, polyethyleenoxide en/of polyvinylpyrrolidon. Zo zijn zeer goede resultaten bereikt bij het spinnen van polyethersulfon uit een oplossing van N-methylpyrrolidon waarin 1-15¾ glycerol is opgenomen.Suitable solvents for the polymers to be spun into hollow fibers in the context of the invention include N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, tetramethylurea, methylene chloride, dimethylacetamide, dimethylformamide, acetone, dioxane and / or tetrahydrofuran. In some circumstances it may be advantageous to include a preferably low molecular weight component in the polymer solution to obtain a good porosity of the fiber wall. Examples of suitable components for this purpose are ethanol, propanol, glycerol, formamide, polyethylene oxide and / or polyvinylpyrrolidone. For example, very good results have been achieved when spinning polyethersulfone from a solution of N-methylpyrrolidone containing 1-15¾ glycerol.

In het eerste bad komen als niet-oplosmiddel voor het polymeer in het algemeen die oplosmiddelen in aanmerking die een slechte interactie vertonen met het oplosmiddel voor het polymeer. Voorbeelden van geschikte combinaties zijn bijvoorbeeld aceton of tetrahydrofuran als oplosmiddel en water als niet-oplosmiddel. Bij toepassing van N-methyl pyrrol idon (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylaceetamide (DMAC) of mengsels daarvan als oplosmiddelen voor het polymeer gaat voor toepassing als eerste niet-oplosmiddel de voorkeur uit naar een of meer (cyclo) al ifatische alcoholen met 4 tot 18 kool stof atomen. Ook kan gebruik worden gemaakt van een glycol met de formule H0-(-CH2CHY - 0-)^ H, waarin Y de betekenis heeft van een methylgroep of waterstofatoom en m een geheel getal van 1 tot 10 voorstelt. Voorbeelden van geschikte glycolen zijn ethyleenglycol, diethyleenglycol, triethyleenglycol en propyleen-glycol. Bij voorkeur heeft m de betekenis van een geheel getal van 2 tot 4. Ook zijn goede resultaten verkregen met glycerol als niet-oplosmiddel voor het eerste bad.In the first bath, those which do not interact well with the solvent for the polymer generally qualify as non-solvent for the polymer. Examples of suitable combinations are, for example, acetone or tetrahydrofuran as a solvent and water as a non-solvent. When using N-methyl pyrrole idon (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylacetamide (DMAC) or mixtures thereof as solvents for the polymer, one or more ( cyclo) al ifatic alcohols with 4 to 18 carbon atoms. It is also possible to use a glycol of the formula H0 - (- CH2CHY - 0 -) ^ H, wherein Y has the meaning of a methyl group or hydrogen atom and m represents an integer from 1 to 10. Examples of suitable glycols are ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol and propylene glycol. Preferably m has the meaning of an integer from 2 to 4. Good results have also been obtained with glycerol as a non-solvent for the first bath.

Het niet-oplosmiddel in het tweede bad dient zodanig te worden gekozen dat de ontmenging van de polymeeroplossing daarin ogenblikkelijk een aanvang neemt. Ogenblikkelijke ontmenging zal in het algemeen optreden wanneer er een goede interactie is tussen oplosmiddel en niet-oplosmiddel. Zo zal bijvoorbeeld bij toepassing van NMP, DMF, DMSO en DMAC als oplosmiddelen de ontmenging in het tweede niet-oplosmiddel ogenblikkelijk een aanvang nemen als daarvoor water wordt genomen.The non-solvent in the second bath should be selected so that the demixing of the polymer solution therein starts immediately. Instantaneous segregation will generally occur when there is a good interaction between solvent and non-solvent. For example, when NMP, DMF, DMSO and DMAC are used as solvents, the demixing in the second non-solvent will start immediately if water is taken for this.

De bepaling of een vloeistof geschikt is om te worden gebruikt als niet-oplosmiddel met een slechte interactie met het oplosmiddel voor het polymeer, dan wel als niet-oplosmiddel met een goede interactie voor het polymeer als gevolg waarvan de ontmenging ogenblikkelijk een aanvang neemt, kan als volgt worden bepaald. De polymeeroplossing wordt eerst op een glasplaat tot een dunne film gestreken (dikte < 0,5 mm) en direct daarna ondergedompeld in een bad met niet-oplosmiddel. Door nu de lichttransmissie te meten als functie van de tijd kan op eenvoudige wijze bepaald worden op .87 02924Determining whether a liquid is suitable for use as a non-solvent with a poor interaction with the polymer solvent or as a non-solvent with a good polymer interaction resulting in instantaneous demixing may be determined as follows. The polymer solution is first coated on a glass plate into a thin film (thickness <0.5 mm) and immediately immersed in a non-solvent bath. By now measuring the light transmission as a function of time, you can easily determine .87 02924

VV

ACR 2099 - 5 - t> welk tijdstip de ontmenging een aanvang neemt. Wanneer de transmissie afneemt op het moment dat de film in het niet-oplosmiddel wordt ondergedompeld, is er sprake van ogenblikkelijke ontmenging. Wanneer er een zekere tijd verloopt tussen onderdompeling en afname van de transmissie, is er sprake van uitgestelde ontmenging.ACR 2099 - 5 - t> at what time the separation starts. When the transmission decreases when the film is immersed in the non-solvent, there is instantaneous segregation. When a certain time elapses between immersion and removal of the transmission, there is delayed separation.

Voor het spinnen van de holle vezels gaat men gewoonlijk als volgt te werk.The spinning of the hollow fibers is usually carried out as follows.

Eerst wordt een polymeeroplossing gemaakt die 15-40 gew.% en bij voorkeur 20-35 gew.% polymeer bevat in een daartoe geschikt oplosmiddel.First, a polymer solution is made containing 15-40% by weight and preferably 20-35% by weight of polymer in a suitable solvent.

Wanneer een homogene polymeeroplossing is verkregen, wordt deze door een of meer zich in een spindop bevindende spingaten gesponnen. Binnen deze spin-gaten, waarvan de diameter gewoonlijk is gelegen tussen 0,2 en 2 mm en bij voorkeur tussen 0,3 en 0,6 mm, bevindt zich een holle naald waarvan de buitendiameter gewoonlijk is gelegen tussen 0,1 en 1,5 mm en bij voorkeur tussen 0,2 en 0,4 mm. De buitenzijde van deze holle naald vormt de binnenzijde van het ringvormige spingat. Door de holle naald wordt een vloeistof of gas geïnjecteerd, waardoor gezorgd wordt dat de vorm van de holle vezel behouden blijft. In het kader van de uitvinding wordt er de voorkeur aan gegeven door de naald eenzelfde vloeistof te injecteren als gebruikt wordt als tweede niet-oplosmiddel voor de polymeeroplossing. Daarbij gaat de voorkeur uit naar een werkwijze waarbij voor het niet-oplosmiddel van het polymeer in de kern water wordt genomen. Vanuit het ringvormig spingat wordt de polymeeroplossing eventueel via een kort luchttraject gedurende korte tijd (0,01 tot maximaal 60 en bij voorkeur tussen 0,05 en 1,0 seconden) in aanraking gebracht met het eerste niet-oplosmiddel en achtereenvolgens met een tweede niet-oplosmiddel. De verblijftijd in het tweede niet-oplosmiddel is minder kritisch en zal in het algemeen duren tot volledige ontmenging heeft plaatsgevonden. De verblijftijd in het eerste niet-oplosmiddel zal in het algemeen bepalend zijn voor de dikte van de dichte toplaag. De spinsnelheid kan variëren van 0,5 tot 100 m/minuut. In de praktijk zal men gewoonlijk de voorkeur geven aan een spinsnelheid van 2 tot 20 m/minuut. Teneinde te voorkomen dat het eerste niet-oplosmiddel door het tweede niet-oplosmiddel wordt verontreinigd, waardoor mogelijk geen uitstel van ontmenging op zal treden in het eerste niet-oplosmiddel bad, wordt tussen beide niet-oplosmiddelen een barrière aangebracht. Een geschikte uitvoeringsvorm is een sterk gereduceerd uitwisselend oppervlak tussen beide baden, eventueel in combinatie met een extra luchttraject.When a homogeneous polymer solution is obtained, it is spun through one or more spinning holes located in a spinneret. Within these spin holes, the diameter of which is usually between 0.2 and 2 mm, and preferably between 0.3 and 0.6 mm, there is a hollow needle, the outer diameter of which is usually between 0.1 and 1, 5 mm and preferably between 0.2 and 0.4 mm. The outside of this hollow needle forms the inside of the annular spider hole. A liquid or gas is injected through the hollow needle, which ensures that the shape of the hollow fiber is preserved. In the context of the invention, it is preferred to inject the needle with the same liquid as used as the second non-solvent for the polymer solution. Preference is given to a method in which water is taken for the non-solvent of the polymer in the core. The polymer solution is optionally contacted with the first non-solvent for a short time (0.01 to a maximum of 60 and preferably between 0.05 and 1.0 seconds) from the annular spinning hole and subsequently with a second non-solvent. solvent. The residence time in the second non-solvent is less critical and will generally last until complete separation. The residence time in the first non-solvent will generally determine the thickness of the dense top layer. The spin speed can vary from 0.5 to 100 m / minute. In practice, a spinning speed of 2 to 20 m / minute will usually be preferred. In order to prevent the first non-solvent from being contaminated by the second non-solvent, whereby there may be no delay of separation in the first non-solvent bath, a barrier is placed between the two non-solvents. A suitable embodiment is a strongly reduced exchange surface between the two baths, possibly in combination with an extra air path.

.»7 0292 4 * , ACR 2099 - 6 -. »7 0292 4 *, ACR 2099 - 6 -

Bij toepassing van een gereduceerd uitwisselend oppervlak zonder extra luchttraject verdient het aanbeveling een zodanig hoge spinsnelheid te kiezen dat het transport van vloeistof van het tweede naar het eerste niet-oplosmiddel bad voorkomen wordt.When using a reduced exchange surface without additional air path, it is recommended to choose such a high spinning speed that the transport of liquid from the second to the first non-solvent bath is prevented.

Tenslotte kan nog gewezen worden op de invloed van de temperatuur van de spinoplossing, de vloeistof in de kern en de twee niet-oplosmiddelen. In het algemeen zal men een temperatuur aanhouden die is gelegen tussen 0 en 80eC. De gekozen temperatuur wordt zowel bepaald door de wijze van ontmenging als door de gewenste viscositeit van de spinoplossing. In de praktijk zullen de omstandigheden zodanig worden gekozen dat de temperatuur van de kernvloeistof op kamertemperatuur is, terwijl de temperatuur van beide niet-oplosmiddelen gelegen kan zijn tussen 0 en 40°C, afhankelijk van de gebruikte oplosmiddelen, polymeer, spinsnelheid, enz. De temperatuur van de spinoplossing wordt bij voorkeur gekozen tussen 20 en 60eC. .Finally, the influence of the temperature of the spinning solution, the liquid in the core and the two non-solvents can be noted. Generally, a temperature will be maintained between 0 and 80 ° C. The selected temperature is determined both by the method of demixing and by the desired viscosity of the spinning solution. In practice, the conditions will be chosen such that the temperature of the nuclear liquid is at room temperature, while the temperature of both non-solvents can be between 0 and 40 ° C depending on the solvents used, polymer, spinning speed, etc. temperature of the spinning solution is preferably chosen between 20 and 60eC. .

Als gevolg van de met de werkwijze volgens de uitvinding verkregen mem-braanstructuur met een dichte toplaag en een poreuze steunlaag kunnen gassen van elkaar gescheiden worden die slechts weinig in afmeting van elkaar verschillen. Voorbeelden van gassen die met toepassing van de gas-scheidingsmembranen volgens de uitvinding kunnen worden gescheiden zijn H2 en CO, CO2 en CH4, alsmede O2 en N2.As a result of the membrane structure with a dense top layer and a porous support layer obtained with the method according to the invention, gases can be separated from each other, which differ only slightly in size. Examples of gases that can be separated using the gas separation membranes according to the invention are H2 and CO, CO2 and CH4, as well as O2 and N2.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden. Het spreekt vanzelf dat dit uitvoeringsvoorbeelden zijn waartoe de uitvinding niet is beperkt.The invention will now be elucidated by means of the following examples. It goes without saying that these are exemplary embodiments to which the invention is not limited.

Voorbeeld IExample I

Er werd een polymeeroplossing bereid bestaande uit 35 gew.% polyethersulfon met als repeterende eenheid / \ |l / \ met een molecuul gewicht ~~ S Van circa ^-00^ en 10 gew.% (watervrij) glycerol in N-methylpyrrolidon.A polymer solution was prepared consisting of 35% by weight polyethersulfone with a repeating unit of 1/1 with a molecular weight of about 1 -00% and 10% by weight of (anhydrous) glycerol in N-methylpyrrolidone.

De polymeeroplossing werd bij een temperatuur van 40eC met een spinsnelheid van 2,7 m/min door een spingat gesponnen met een diameter van 0,6 mm. In .8702924 ACR 2099 - 7 - '* het spingat bevond zich een capillair met een buitendiameter van 0,2 mm.The polymer solution was spun through a spinning hole with a diameter of 0.6 mm at a temperature of 40 ° C with a spinning speed of 2.7 m / min. In .8702924 ACR 2099-7 - * the spinning hole contained a capillary with an outer diameter of 0.2 mm.

Door de aldus verkregen ringvormige opening werd de spinoplossing via een luchttraject van circa 1 cm in een eerste niet-oplosmiddel bad met pentanol van 3-5°C geleid en vervolgens in een waterbad van 3-5°C. Door het capillair stroomde water van 20-22°C.Through the annular opening thus obtained, the spinning solution was led through an air path of about 1 cm into a first non-solvent bath with pentanol at 3-5 ° C and then into a water bath at 3-5 ° C. Water of 20-22 ° C flowed through the capillary.

De resultaten van een drietal experimenten, waarbij bij een experiment het eerste pentanolbad werd overgeslagen, bij het tweede experiment de verblijftijd in het pentanolbad 8,1 sec en bij het derde experiment de verblijftijd 9,6 sec bedroeg, zijn weergegeven in onderstaande tabel.The results of three experiments, in which the first pentanol bath was skipped in one experiment, the residence time in the pentanol bath in the second experiment was 8.1 sec and in the third experiment the residence time was 9.6 sec are shown in the table below.

De verblijftijd in het waterbad bedroeg steeds ten minste een halve minuut.The residence time in the water bath was always at least half a minute.

De selectiviteit en doorlaatbaarheid van de membranen werd bepaald door een gas met 20-25 vol.% CO2 en 80-75 vol.% CH4 langs de vezels te laten stromen. De metingen werden gedaan bij kamertemperatuur en een drukverschil van 4 bar over de vezels. Onder STP condities wordt verstaan het volume dat 1 cm^ gas inneemt bij 273°K en 1 atm.The selectivity and permeability of the membranes was determined by flowing a gas with 20-25 vol.% CO2 and 80-75 vol.% CH4 along the fibers. The measurements were made at room temperature and a pressure difference of 4 bar across the fibers. STP conditions are understood to mean the volume that 1 cm ^ gas occupies at 273 ° K and 1 atm.

Tabel 1 membraan verblijf- verblijf- gasflux (P/l) CO2 selectiviteit nr. tijd in tijd in ----;_ *-(C02/CH4) alcohol- waterbad _c bad (sec) (min) 10"° cm3 (STP)/cm2.s.cm Hg 10"'' m3 (STP)/m2.s.Pa 1 0 >0,5 8,0 6,0 1-2 2 8,1 > 0,5 2,0 1,5 47 3 9,6 > 0,5 2,0 1,5 49Table 1 Membrane Residual Residual Gas Flux (P / L) CO2 Selectivity No. Time in Time in ----; _ * - (CO2 / CH4) Alcohol Water Bath _c Bath (sec) (min) 10 "° cm3 ( STP) /cm2.s.cm Hg 10 "'' m3 (STP) /m2.s.Pa 1 0> 0.5 8.0 6.0 1-2 2 8.1> 0.5 2.0 1 .5 47 3 9.6> 0.5 2.0 1.5 49

Duidelijk blijkt uit de in bovenstaande tabel vermelde resultaten dat het eerste niet-oplosmiddel waarin nog geen ontmenging plaatsvindt, essentieel is voor het verkrijgen van een goede selectiviteit. Bij membraan 1 was geen sprake van een dichte, gesloten huid aan de buitenzijde met als gevolg dat de gasflux weliswaar hoog, doch de selectiviteit zeer laag was.It is clear from the results reported in the table above that the first non-solvent in which no separation takes place yet is essential for obtaining good selectivity. Membrane 1 did not have a dense, closed skin on the outside, so that the gas flux was high, but the selectivity was very low.

.8702924 ACR 2099.8702924 ACR 2099

, - 8 -Voorbeeld II, - 8 - Example II

Op analoge wijze als in voorbeeld I is aangegeven werd een aantal holle vezel membranen gesponnen, met dien verstande dat de spinsnelheid thans 4,7 m/min bedroeg, het eerste niet-oplosmiddelbad (watervrij) glycerol van 20-22°C bevatte en de temperatuur van het waterbad 3-5 eC bedroeg. De vezels zijn getest onder dezelfde omstandigheden als in voorbeéld I is aangegeven.In an analogous manner as indicated in example I, a number of hollow fiber membranes were spun, with the proviso that the spinning speed was now 4.7 m / min, the first non-solvent bath (anhydrous) glycerol of 20-22 ° C and the temperature of the water bath was 3-5 eC. The fibers have been tested under the same conditions as indicated in pre-example I.

De resultaten zijn weergegeven in onderstaande tabel 2.The results are shown in Table 2 below.

Tabel 2 «anbraan verblijf- verblijf- gasflux (P/l) C02selectiviteit nr# tijd in tijd in (rn^/cun \ alcohol- waterbad “ --- «.(CO2/CH4) bad (sec) (mirt) 10cm3 (STP)/cm2.s.cm Hg 10”^ m3 (STP)/m2.s.Pa 1 0 > 0,5 8-10 6-7,5 1-2 2 0,2 > 0,5 2,4 1,8 56 3 > 0,5 1,6 1,2 58 >'5*Table 2 «tap stay-stay gas flux (P / l) CO2 selectivity no # time in time in (rn ^ / cun \ alcohol-water bath“ --- «. (CO2 / CH4) bath (sec) (myrt) 10cm3 ( STP) /cm2.s.cm Hg 10 ”^ m3 (STP) /m2.s.Pa 1 0> 0.5 8-10 6-7.5 1-2 2 0.2> 0.5 2.4 1.8 56 3> 0.5 1.6 1.2 58> '5 *

Uit de in bovenstaande tabel vermelde resultaten blijkt verder dat voor het verkrijgen van een hoge gasflux de verblijftijd in het eerste bad slechts zeer kort mag zijn. Een dergelijk korte verblijftijd zal in de praktijk vrijwel alleen kunnen worden gerealiseerd bij de vervaardiging van holle vezel membranen.The results stated in the table above further show that in order to obtain a high gas flux the residence time in the first bath may only be very short. Such a short residence time can practically only be realized in the manufacture of hollow fiber membranes.

Voorbeeld IIIExample III

Op analoge wijze als in voorbeeld I is aangegeven werden een aantal holle vezel membranen gesponnen, met dien verstande dat de spinoplossing thans geen glycerol bevatte, de spinsnelheid 5 m/min bedroeg, het eerste niet-oplosmiddelbad n-octanol van 20°C en het tweede niet-oplosmiddelbad ethanol van 20eC bevatte.Analogously as indicated in example I, a number of hollow fiber membranes were spun, with the proviso that the spinning solution now did not contain glycerol, the spinning speed was 5 m / min, the first non-solvent bath n-octanol at 20 ° C and the second non-solvent bath contained 20 ° C ethanol.

. 8702.924 'i ACR 2099 -9-- *. 8702.924 'i ACR 2099 -9-- *

Het resultaat van de onder dezelfde omstandigheden als in voorbeeld I geteste vezels is weergegeven in onderstaande tabel 3.The result of the fibers tested under the same conditions as in Example I is shown in Table 3 below.

Tabel 3 membraan verblijf- verblijf- gasflux (P/lj CO2 selectiviteit nr. tijd in tijd in ___' etfCOg/Ctty) alcohol- waterbad T T, ————— bad (sec) (min) 10“° cm3 (STPj/cm^.s.cm Hg 10"'' m3 (STPj/m^.s.Pa 1 0 > 0,5 10 7,5 1-2 2 0,1 > 0,5 3,0 2,3 45 3 0,2 > 0,5 - 2,5 1,9 44 ,8702924Table 3 Membrane Residual Residual Gas Flux (P / lj CO2 selectivity no. Time in time in ___ 'etfCOg / Ctty) alcohol water bath TT, ————— bath (sec) (min) 10 ° ° cm3 (STPj / cm ^ .s.cm Hg 10 "'' m3 (STPj / m ^ .s.Pa 1 0> 0.5 10 7.5 1-2 2 0.1> 0.5 3.0 2.3 45 3 0.2> 0.5 - 2.5 1.9 44, 8702924

Claims (8)

1. Werkwijze voor de vervaardiging van een asymmetrisch holle vezel gasscheid ingsmembraan, waarbij een polymeer in een organisch oplosmiddel vanuit een ringvormig spingat met in de kern een inert gas of een niet-oplosmiddel voor het polymeer wordt geextrudeerd in een niet-oplosmiddel voor dit polymeer en aansluitend in een tweede niet-oplosmiddel voor dit polymeer onder vorming van een holle vezel, waarna de vezel na eventueel te zijn verstrekt wordt gewassen en vervolgens gedroogd, met het kenmerk dat de verblijftijd in het eerste niet-oplosmiddel voor het polymeer zodanig is dat geen ontmenging optreedt, het tweede niet-oplosmiddel zodanig wordt gekozen dat de ontmenging van het polymeer daarin ogenblikkelijk een aanvang neemt en de oplosbaarheid van dit niet-oplosmiddel in het eerste niet-oplosmiddel ten minste 1 mol.% bedraagt.A process for the manufacture of an asymmetric hollow fiber gas separation membrane, wherein a polymer in an organic solvent is extruded from an annular spinning hole with an inert gas or a non-solvent for the polymer in the core in a non-solvent for this polymer and then in a second non-solvent for this polymer to form a hollow fiber, after which the fiber is optionally washed and then dried, characterized in that the residence time in the first non-solvent for the polymer is such that no segregation occurs, the second non-solvent is chosen such that the segregation of the polymer therein starts immediately and the solubility of this non-solvent in the first non-solvent is at least 1 mol%. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat voor het niet-oplosmiddel in het eerste bad waarin de polymeeroplossing wordt geextrudeerd, een of meer (cyclo) al if ati sche alcoholen met 4 tot 18 kool stofatomen worden genomen.Process according to claim 1, characterized in that for the non-solvent in the first bath in which the polymer solution is extruded, one or more (cyclo) alcohols with 4 to 18 carbon atoms are taken. 3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat voor het niet-oplosmiddel in het eerste bad waarin de polymeeroplossing wordt geextrudeerd, glycerol wordt genomen.Method according to claim 1, characterized in that glycerol is taken for the non-solvent in the first bath in which the polymer solution is extruded. 4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat voor het niet-oplosmiddel in het tweede bad waarin de polymeeroplossing wordt geextrudeerd, water wordt genomen.Process according to claim 1, characterized in that water is taken for the non-solvent in the second bath in which the polymer solution is extruded. 5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat voor het niet-oplosmiddel in de kern water wordt genomen.Method according to claim 1, characterized in that water is taken for the non-solvent in the core. 6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat voor het polymeer een polyethersulfon en voor het organisch oplosmiddel N-methylpyrro-1idon wordt genomen in een concentratie van 15-40 gew.%.Process according to claim 1, characterized in that for the polymer a polyether sulfone and for the organic solvent N-methylpyrrolidone is taken in a concentration of 15-40% by weight. 7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat in de polymeeroplossing nog 1-15 gew.% glycerol is opgenomen. . 87 02.924 - 11 - ACR 2099Process according to claim 6, characterized in that an additional 1-15% by weight of glycerol is included in the polymer solution. . 87 02.924 - 11 - ACR 2099 8. Asymmetrisch holle vezel gasscheidingsmembraan vervaardigd met een werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies. . S7 02.924An asymmetrical hollow fiber gas separation membrane manufactured by a method according to one or more of the preceding claims. . S7 02.924
NL8702924A 1987-12-04 1987-12-04 Asymmetric hollow fibre gas sepn., membranes - made by extruding polymer soln. through annular die into non-solvent for polymer etc. NL8702924A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8702924A NL8702924A (en) 1987-12-04 1987-12-04 Asymmetric hollow fibre gas sepn., membranes - made by extruding polymer soln. through annular die into non-solvent for polymer etc.

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8702924A NL8702924A (en) 1987-12-04 1987-12-04 Asymmetric hollow fibre gas sepn., membranes - made by extruding polymer soln. through annular die into non-solvent for polymer etc.
NL8702924 1987-12-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8702924A true NL8702924A (en) 1989-07-03

Family

ID=19851035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8702924A NL8702924A (en) 1987-12-04 1987-12-04 Asymmetric hollow fibre gas sepn., membranes - made by extruding polymer soln. through annular die into non-solvent for polymer etc.

Country Status (1)

Country Link
NL (1) NL8702924A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993012868A1 (en) * 1991-12-20 1993-07-08 Delair Droogtechniek En Luchtbehandeling B.V. Spinning of asymmetric hollow fibre membranes which have a dense, non-porous top layer and a porous under layer or have both a porous top layer and a porous under layer
EP0579749A4 (en) * 1991-04-12 1994-04-06 Minntech Corp
US5762798A (en) * 1991-04-12 1998-06-09 Minntech Corporation Hollow fiber membranes and method of manufacture
USRE36914E (en) * 1992-10-07 2000-10-17 Minntech Corp Dialysate filter including an asymmetric microporous, hollow fiber membrane incorporating a polyimide

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0579749A4 (en) * 1991-04-12 1994-04-06 Minntech Corp
US5762798A (en) * 1991-04-12 1998-06-09 Minntech Corporation Hollow fiber membranes and method of manufacture
WO1993012868A1 (en) * 1991-12-20 1993-07-08 Delair Droogtechniek En Luchtbehandeling B.V. Spinning of asymmetric hollow fibre membranes which have a dense, non-porous top layer and a porous under layer or have both a porous top layer and a porous under layer
USRE36914E (en) * 1992-10-07 2000-10-17 Minntech Corp Dialysate filter including an asymmetric microporous, hollow fiber membrane incorporating a polyimide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4976859A (en) Integral asymmetric polyether-sulfone membrane, process for its production, and use for ultrafiltration and microfiltration
US5820659A (en) Multicomponent or asymmetric gas separation membranes
Wang et al. Preparation and characterization of polyetherimide asymmetric hollow fiber membranes for gas separation
US6986844B2 (en) Solvent-resistant microporous polybenzimidazole membranes and modules
US7267872B2 (en) Braid-reinforced hollow fiber membrane
US5635067A (en) Fluid separation membranes prepared from blends of polyimide polymers
US4933085A (en) Method of manufacturing an integral asymmetrical membrane
CA2145451C (en) Process for producing composite membranes
US5443728A (en) Method of preparing membranes from blends of polyetherimide and polyimide polymers
RU2086296C1 (en) Method of manufacturing asymmetric microporous hollow fibers and asymmetric microporous hollow fibers
US5089192A (en) Asymmetric semipermeable poly(aryletherketone) membranes and method of producing same
US6017474A (en) Highly permeable polyethersulfone hollow fiber membranes for gas separation
AU758874B2 (en) Solvent resistant microporous polybenzimidazole membranes
JPS60246812A (en) Hollow polysulfone based resin fiber
NL8702924A (en) Asymmetric hollow fibre gas sepn., membranes - made by extruding polymer soln. through annular die into non-solvent for polymer etc.
WO1993012868A1 (en) Spinning of asymmetric hollow fibre membranes which have a dense, non-porous top layer and a porous under layer or have both a porous top layer and a porous under layer
KR0149879B1 (en) Composite film for gas stripping and its manufacture
Ren et al. Development of asymmetric BTDA-TDI/MDI (P84) co-polyimide hollow fiber membranes for ultrafiltration: the influence of shear rate and approaching ratio on membrane morphology and performance
JP5569393B2 (en) Method for producing porous membrane
EP3897930A1 (en) Porous membranes for high pressure filtration
KR100426183B1 (en) A composition for producing microporous polyethersulfone membrane and a method for preparing microporous membrane using the same
JP2675197B2 (en) Manufacturing method of high strength and porous polysulfone hollow fiber membrane
JPH0698283B2 (en) Semipermeable membrane and manufacturing method thereof
WO1995015808A1 (en) Production of membranes
JPH11156171A (en) Polysulfone based hollow fiber membrane

Legal Events

Date Code Title Description
A1B A search report has been drawn up
BV The patent application has lapsed