La separazione chimica delle fasi è un metodo comune per la produzione di membrane, specialmente per applicazioni di microfiltrazione, ultrafiltrazione e nanofiltrazione. La tecnica utilizza la stratificazione controllata di soluzioni polimeriche per creare strutture porose. Esistono tre metodi principali di separazione delle fasi chimiche:
Separazione di fase non indotta da solvente (NIPS):
In questo metodo, una soluzione polimerica viene colata su un supporto e immersa in un bagno non solvente, solitamente acqua. Il bagno senza solvente fa precipitare il polimero e forma una struttura porosa. Il processo NIPS può essere suddiviso nelle seguenti fasi:
1. Preparazione della soluzione di colata: sciogliere il polimero appropriato in un solvente o una miscela di solventi per formare una soluzione omogenea.
2. Soluzione di colata: la soluzione polimerica viene colata su un supporto, solitamente una lastra di vetro o un supporto in tessuto non tessuto, utilizzando un coltello da colata per controllare lo spessore del film risultante.
3. Precipitazione per immersione: la soluzione di colata viene immediatamente immersa in un bagno non solvente, generalmente acqua. Lo scambio di solvente e non solvente porta alla separazione delle fasi e alla precipitazione del polimero.
4. Lavaggio ed essiccamento della membrana: Dopo la separazione delle fasi, le membrane risultanti vengono accuratamente lavate per rimuovere solventi e non solventi residui, quindi essiccate in condizioni controllate.
Adatto per la produzione di membrane con buona resistenza meccanica e un'ampia gamma di dimensioni dei pori, NIPS è un processo relativamente semplice ed economico. è un metodo collaudato nella produzione di membrane filtranti e può essere facilmente ampliato per la produzione su larga scala.
Separazione di fase indotta termicamente (TIPS):
TIPS prevede l'uso di soluzioni polimeriche con solventi sensibili alla temperatura. Cambiando la temperatura, la solubilità del polimero cambia, provocando la separazione delle fasi e la formazione di una struttura porosa. Il processo TIPS include i seguenti passaggi:
1. Preparazione della soluzione di colata: sciogliere il polimero appropriato in un solvente sensibile alla temperatura o in una miscela di solventi per formare una soluzione omogenea.
2. Soluzione di colata: la soluzione polimerica viene versata sul supporto, come nel processo NIPS.
3. Separazione di fase indotta dalla temperatura: l'esposizione della soluzione di colata a variazioni di temperatura controllate (riscaldamento o raffreddamento) provoca la precipitazione del polimero e la formazione di una struttura porosa.
4. Lavaggio e asciugatura della membrana: la membrana risultante viene lavata per rimuovere il solvente residuo e quindi asciugata in condizioni controllate.
Rispetto a NIPS, il processo di produzione di TIPS può produrre membrane con una distribuzione delle dimensioni dei pori più uniforme, ma a causa del processo di riscaldamento, TIPS può richiedere un maggiore consumo di energia, il che indubbiamente aumenterà i costi di produzione, quindi TIPS non è comune come NIPS e scalare il processo può richiedere più energia. Molta ricerca e sviluppo.
Separazione in fase vapore (VIPS):
Nel metodo VIPS, la separazione di fase viene indotta esponendo una soluzione di polimero fuso a un'atmosfera di vapore non solvente. Le fasi coinvolte nel processo VIPS sono:
1. Preparazione della soluzione di colata: sciogliere il polimero appropriato in un solvente o una miscela di solventi per formare una soluzione omogenea.
2. Soluzione di colata: la soluzione polimerica viene versata sul supporto, come nel processo NIPS.
3. Separazione di fase indotta dal vapore: la soluzione di colata è esposta a un'atmosfera di vapore non solvente, che porta all'evaporazione del solvente e all'assorbimento non solvente, con conseguente separazione di fase e precipitazione del polimero.
4. Lavaggio ed asciugatura della membrana: la membrana risultante viene lavata per rimuovere solventi e non solventi residui, quindi essiccata in condizioni controllate.
La separazione in fase gassosa può produrre membrane con struttura dei pori e distribuzione delle dimensioni molto uniformi, ma questo metodo può richiedere attrezzature specializzate e un ambiente controllato, che aumenta anche i costi di produzione. La separazione in fase gassosa è usata meno comunemente del NIPS e richiede più ricerca e sviluppo prima che possa essere prodotta su larga scala.
Tutti e tre i processi di cui sopra possono essere ulteriormente ottimizzati e personalizzati per controllare la morfologia e le proprietà delle membrane risultanti regolando variabili come la concentrazione del polimero, la temperatura della soluzione di colata, il tipo non solvente e le condizioni di lavorazione. La scelta tra NIPS, TIPS e separazione in fase gassosa dipende dalle proprietà della membrana richieste, dal costo di produzione e dalla scalabilità, conduci un'analisi approfondita di questi fattori e consulta il team tecnico per determinare il metodo migliore per la tua specifica applicazione. Inoltre, è imperativo rimanere al passo con le ultime ricerche e tendenze del settore per garantire che vengano prese le decisioni migliori per il tuo prodotto.
Citazione
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
