Die chemische Phasentrennung ist eine gängige Methode zur Herstellung von Membranen, insbesondere für Mikrofiltrations-, Ultrafiltrations- und Nanofiltrationsanwendungen. Die Technik nutzt die kontrollierte Schichtung von Polymerlösungen, um poröse Strukturen zu erzeugen. Es gibt drei Hauptmethoden der chemischen Phasentrennung:
Nicht-lösungsmittelinduzierte Phasentrennung (NIPS):
Bei dieser Methode wird eine Polymerlösung auf einen Träger gegossen und in ein lösungsmittelfreies Bad, meist Wasser, getaucht. Das lösungsmittelfreie Bad fällt das Polymer aus und bildet eine poröse Struktur. Der NIPS-Prozess kann in die folgenden Schritte unterteilt werden:
1. Herstellung der Gießlösung: Lösen Sie das entsprechende Polymer in einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, um eine homogene Lösung zu bilden.
2. Gießlösung: Die Polymerlösung wird auf einen Träger, normalerweise eine Glasplatte oder einen Vliesträger, gegossen, wobei ein Gießmesser verwendet wird, um die Dicke des resultierenden Films zu kontrollieren.
3. Eintauchfällung: Die Gießlösung wird sofort in ein lösungsmittelfreies Bad, normalerweise Wasser, eingetaucht. Der Austausch von Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel führt zur Phasentrennung und Ausfällung des Polymers.
4. Waschen und Trocknen der Membranen: Nach der Phasentrennung werden die resultierenden Membranen gründlich gewaschen, um restliche Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel zu entfernen, und dann unter kontrollierten Bedingungen getrocknet.
NIPS eignet sich zur Herstellung von Membranen mit guter mechanischer Festigkeit und einem breiten Spektrum an Porengrößen und ist ein relativ einfaches und kostengünstiges Verfahren. ist eine bewährte Methode zur Herstellung von Filtrationsmembranen und kann problemlos für die Produktion in großem Maßstab skaliert werden.
Thermisch induzierte Phasentrennung (TIPS):
Bei TIPS werden Polymerlösungen mit temperaturempfindlichen Lösungsmitteln verwendet. Durch die Änderung der Temperatur verändert sich die Löslichkeit des Polymers, was zu einer Phasentrennung und der Bildung einer porösen Struktur führt. Der TIPS-Prozess umfasst die folgenden Schritte:
1. Herstellung der Gießlösung: Lösen Sie das entsprechende Polymer in einem temperaturempfindlichen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, um eine homogene Lösung zu bilden.
2. Gießlösung: Die Polymerlösung wird analog zum NIPS-Verfahren auf den Träger gegossen.
3. Temperaturbedingte Phasentrennung: Wenn die Gießlösung kontrollierten Temperaturänderungen (Erhitzen oder Abkühlen) ausgesetzt wird, fällt das Polymer aus und bildet eine poröse Struktur.
4. Waschen und Trocknen der Membran: Die resultierende Membran wird gewaschen, um restliches Lösungsmittel zu entfernen, und dann unter kontrollierten Bedingungen getrocknet.
Im Vergleich zu NIPS kann der Produktionsprozess von TIPS Membranen mit einer gleichmäßigeren Porengrößenverteilung herstellen, aber aufgrund des Erhitzungsprozesses erfordert TIPS möglicherweise einen höheren Energieverbrauch, was zweifellos die Produktionskosten erhöht, sodass TIPS nicht so verbreitet ist wie NIPS, und Eine Vergrößerung des Prozesses erfordert möglicherweise mehr Energie. Viel Forschung und Entwicklung.
Dampfphasentrennung (VIPS):
Bei der VIPS-Methode wird die Phasentrennung induziert, indem eine gegossene Polymerlösung einer lösungsmittelfreien Dampfatmosphäre ausgesetzt wird. Die Schritte des VIPS-Prozesses sind:
1. Herstellung der Gießlösung: Lösen Sie das entsprechende Polymer in einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, um eine homogene Lösung zu bilden.
2. Gießlösung: Die Polymerlösung wird analog zum NIPS-Verfahren auf den Träger gegossen.
3. Dampfinduzierte Phasentrennung: Die Gießlösung wird einer lösungsmittelfreien Dampfatmosphäre ausgesetzt, die zur Verdampfung des Lösungsmittels und zur Absorption des Nichtlösungsmittels führt, was zu einer Phasentrennung und Ausfällung des Polymers führt.
4. Waschen und Trocknen der Membran: Die resultierende Membran wird gewaschen, um restliche Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel zu entfernen, und dann unter kontrollierten Bedingungen getrocknet.
Durch die Gasphasentrennung können Membranen mit sehr gleichmäßiger Porenstruktur und Größenverteilung hergestellt werden. Für diese Methode sind jedoch möglicherweise spezielle Geräte und eine kontrollierte Umgebung erforderlich, was ebenfalls die Produktionskosten erhöht. Die Gasphasentrennung wird seltener eingesetzt als NIPS und erfordert mehr Forschung und Entwicklung, bevor sie in großem Maßstab hergestellt werden kann.
Alle drei oben genannten Prozesse können weiter optimiert und angepasst werden, um die Morphologie und Eigenschaften der resultierenden Membranen zu steuern, indem Variablen wie Polymerkonzentration, Gießlösungstemperatur, Nichtlösungsmitteltyp und Verarbeitungsbedingungen angepasst werden. Die Wahl zwischen NIPS, TIPS und Gasphasentrennung hängt von den erforderlichen Membraneigenschaften, den Produktionskosten und der Skalierbarkeit ab. Führen Sie eine gründliche Analyse dieser Faktoren durch und konsultieren Sie das technische Team, um die beste Methode für Ihre spezifische Anwendung zu ermitteln. Darüber hinaus ist es wichtig, über die neuesten Forschungsergebnisse und Branchentrends auf dem Laufenden zu bleiben, um sicherzustellen, dass die besten Entscheidungen für Ihr Produkt getroffen werden.
Zitat
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