La séparation chimique des phases est une méthode courante de production de membranes, en particulier pour les applications de microfiltration, d'ultrafiltration et de nanofiltration. La technique utilise la superposition contrôlée de solutions de polymères pour créer des structures poreuses. Il existe trois principales méthodes de séparation chimique des phases :
Séparation de phase non induite par un solvant (NIPS) :
Dans cette méthode, une solution de polymère est coulée sur un support et immergée dans un bain sans solvant, généralement de l'eau. Le bain de non-solvant précipite le polymère et forme une structure poreuse. Le processus NIPS peut être divisé en plusieurs étapes :
1. Préparation de la solution de moulage : Dissoudre le polymère approprié dans un solvant ou un mélange de solvants pour former une solution homogène.
2. Solution de coulée : La solution de polymère est coulée sur un support, généralement une plaque de verre ou un support non tissé, à l'aide d'un couteau de coulée pour contrôler l'épaisseur du film résultant.
3. Précipitation par immersion : La solution de moulage est immédiatement immergée dans un bain sans solvant, généralement de l'eau. L'échange de solvant et de non-solvant conduit à une séparation de phases et à la précipitation du polymère.
4. Lavage et séchage des membranes : Après la séparation des phases, les membranes résultantes sont soigneusement lavées pour éliminer les solvants et non-solvants résiduels, puis séchées dans des conditions contrôlées.
Adapté à la production de membranes avec une bonne résistance mécanique et une large gamme de tailles de pores, NIPS est un procédé relativement simple et rentable. est une méthode éprouvée dans la production de membranes de filtration et peut être facilement mise à l'échelle pour une production à grande échelle.
Séparation de phase thermiquement induite (TIPS) :
TIPS implique l'utilisation de solutions de polymères avec des solvants sensibles à la température. En changeant la température, la solubilité du polymère change, provoquant une séparation de phases et la formation d'une structure poreuse. Le processus TIPS comprend les étapes suivantes :
1. Préparation de la solution de coulée : Dissoudre le polymère approprié dans un solvant ou un mélange de solvants sensible à la température pour former une solution homogène.
2. Solution de moulage : La solution de polymère est versée sur le support, de la même manière que le processus NIPS.
3. Séparation de phase induite par la température : L'exposition de la solution de moulage à des changements de température contrôlés (chauffage ou refroidissement) provoque la précipitation du polymère et la formation d'une structure poreuse.
4. Lavage et séchage de la membrane : La membrane résultante est lavée pour éliminer le solvant résiduel puis séchée dans des conditions contrôlées.
Comparé à NIPS, le processus de production de TIPS peut produire des membranes avec une distribution de taille de pores plus uniforme, mais en raison du processus de chauffage, TIPS peut nécessiter plus de consommation d'énergie, ce qui augmentera sans aucun doute les coûts de production, de sorte que TIPS n'est pas aussi courant que NIPS, et l'intensification du processus peut nécessiter plus d'énergie. Beaucoup de recherche et développement.
Séparation de phase vapeur (VIPS):
Dans le procédé VIPS, la séparation de phase est induite en exposant une solution de polymère coulé à une atmosphère de vapeur sans solvant. Les étapes impliquées dans le processus VIPS sont :
1. Préparation de la solution de moulage : Dissoudre le polymère approprié dans un solvant ou un mélange de solvants pour former une solution homogène.
2. Solution de moulage : La solution de polymère est versée sur le support, de la même manière que le processus NIPS.
3. Séparation de phase induite par la vapeur : La solution de moulage est exposée à une atmosphère de vapeur sans solvant, ce qui entraîne une évaporation du solvant et une absorption de non-solvant, entraînant une séparation de phase et une précipitation du polymère.
4. Lavage et séchage de la membrane : La membrane résultante est lavée pour éliminer les solvants et non-solvants résiduels, puis séchée dans des conditions contrôlées.
La séparation en phase gazeuse peut produire des membranes avec une structure de pores et une distribution de taille très uniformes, mais cette méthode peut nécessiter un équipement spécialisé et un environnement contrôlé, ce qui augmente également les coûts de production. La séparation en phase gazeuse est moins couramment utilisée que le NIPS et nécessite plus de recherche et de développement avant de pouvoir être produite à grande échelle.
Les trois processus ci-dessus peuvent être optimisés et personnalisés pour contrôler la morphologie et les propriétés des membranes résultantes en ajustant des variables telles que la concentration en polymère, la température de la solution de coulée, le type de non-solvant et les conditions de traitement. Le choix entre NIPS, TIPS et la séparation en phase gazeuse dépend des propriétés de membrane requises, du coût de production et de l'évolutivité, effectuez une analyse approfondie de ces facteurs et consultez l'équipe technique pour déterminer la meilleure méthode pour votre application spécifique. De plus, il est impératif de se tenir au courant des dernières recherches et tendances de l'industrie pour s'assurer que les meilleures décisions sont prises pour votre produit.
Citation
1. Mulder, M., &Smolders, C. A. (1996). Membrane formation by phase inversion. Journal ofMembrane Science, 117(1-2), 1-31. https://doi.org/10.1016/0376-7388(96)00045-1
2. Huang, R. Y. M.,& Rempel, G. L. (1995). Formation of microporous membranes by thermallyinduced phase inversion. Journal of Applied Polymer Science, 56(11), 1421-1432.https://doi.org/10.1002/app.1995.070561105
3. Reis, R. P., &da Costa, C. A. (2004). Chemical and physical characterization of polyamidereverse osmosis membranes formed by interfacial polymerization. Journal ofMembrane Science, 245(1-2), 53-64. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2004.07.009
4. Li, N., Yang, H.,& Zhang, X. (2013). Preparation of polyimide ultrafiltration membranes bychemical phase inversion. Journal of Membrane Science, 444, 341-347.https://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.05.039
