Polysulfonimembraanien valmistus puoliautomaattisella valulaitteella
Varonen, Jere (2024)
Kandidaatintyö
2024
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024052436440
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024052436440
Tiivistelmä
Työn kirjallisuusosiossa tutustuttiin faasi-inversion toimintaperiaatteisiin sekä tutkittiin valmistusparametrien vaikutusta valmiiseen membraaniin. Upotussaostuksella valmistettaviin membraaneihin todettiin vaikuttavan useat eri valmistusparametrit, kuten käytettävän polymeerin, liuottimen ja saostimen valinta ja niiden konsentraatiot sekä mahdollisten lisäaineiden käyttö. Kandidaatintyön tavoitteena oli ottaa membraanitekniikan laboratorioon hankittu Philos Co Ltd:n valmistama puoliautomaattinen tasomaisten membraanien valulaite käyttöön ja tutustua sen toimintaan. Laitteelle tuotetiin alustava suomenkielinen käyttöohjeistus.
Työn kokeellisessa osassa tutkittiin polysulfonipitoisuuden kasvattamisen sekä hydrofiilisen polyvinyylipyrrolidonin lisäämisen vaikutusta membraanien ominaisuuksiin. Membraanin valmistukseen käytettiin liuottimena n-metyyli-2-pyrrolidonia. Upotussaostuksella valmistetuille membraaneille mitattiin puhdasvesivuot, permeabiliteetit sekä polyeteeniglykoli-retentiot. Retention avulla pyrittiin selvittämään, johtuivatko puhdasvesivoiden ja permeabiliteettien muutokset membraanien huokoskokojen muutoksista.
Polysulfonipitoisuuden kasvattamisen havaittiin pienentävän membraanien puhdasvesivoita ja permeabiliteeteja. Membraanien retentiot nousivat polymeeri pitoisuuden noustessa. Tämä johtui polymeeripitoisuuden vaikutuksesta valuliuoksen viskositeettiin, sillä korkeammalla valuliuoksen viskositeetillä on faasi-inversiota hidastava vaikutus. Polyvinyylipyrrolidonin lisääminen polysulfonimembraaneihin nosti niiden puhdasvesivoita ja permeabiliteeteja 2 p-% asti. Vastaavasti membraanien retentiot laskivat 2 p-% asti. Tämä johtui luultavasti PVP:n aiheuttamasta membraanien hydrofiilisyyden lisääntymisestä. Hydrofiilisyyden muutos johtui membraanin rakenteeseen loukkuun jääneistä hydrofiilisistä lisäainepartikkeleista, jotka eivät päässeet huuhtoutumaan pois membraanista saostuksen aikana.
Työn kokeellisessa osassa tutkittiin polysulfonipitoisuuden kasvattamisen sekä hydrofiilisen polyvinyylipyrrolidonin lisäämisen vaikutusta membraanien ominaisuuksiin. Membraanin valmistukseen käytettiin liuottimena n-metyyli-2-pyrrolidonia. Upotussaostuksella valmistetuille membraaneille mitattiin puhdasvesivuot, permeabiliteetit sekä polyeteeniglykoli-retentiot. Retention avulla pyrittiin selvittämään, johtuivatko puhdasvesivoiden ja permeabiliteettien muutokset membraanien huokoskokojen muutoksista.
Polysulfonipitoisuuden kasvattamisen havaittiin pienentävän membraanien puhdasvesivoita ja permeabiliteeteja. Membraanien retentiot nousivat polymeeri pitoisuuden noustessa. Tämä johtui polymeeripitoisuuden vaikutuksesta valuliuoksen viskositeettiin, sillä korkeammalla valuliuoksen viskositeetillä on faasi-inversiota hidastava vaikutus. Polyvinyylipyrrolidonin lisääminen polysulfonimembraaneihin nosti niiden puhdasvesivoita ja permeabiliteeteja 2 p-% asti. Vastaavasti membraanien retentiot laskivat 2 p-% asti. Tämä johtui luultavasti PVP:n aiheuttamasta membraanien hydrofiilisyyden lisääntymisestä. Hydrofiilisyyden muutos johtui membraanin rakenteeseen loukkuun jääneistä hydrofiilisistä lisäainepartikkeleista, jotka eivät päässeet huuhtoutumaan pois membraanista saostuksen aikana.