Membrana semipermeable de material compuesto, procedimiento de producción de la misma y procedimiento para tratamiento de agua que contiene boro.

Una membrana semipermeable de material compuesto que comprende

(i) una película de sustrato poroso,

y

(ii) formada sobre ella, una capa funcional de separación que comprende un producto de reacción de aminapolifuncional con haluro de ácido polifuncional;

y se caracteriza por una relación de eliminación de boro de un 95 % o superior en la membrana que se puedeobtener por contacto de la capa funcional de separación de una membrana semipermeable de material compuestode la estructura anterior y que tiene una relación de eliminación de sal ≤ 99,5 % o un coeficiente de transmisiónsalina ≤ 3 x 10-8 m/s, con un material orgánico que tiene una solubilidad en agua de 0,01 ppm o superior y queinteractúa con la capa funcional de separación, seleccionado entre

- un material que forma un enlace covalente por contacto con un grupo amino de la capa funcional deseparación y que está seleccionado entre los compuestos que tienen al menos un grupo funcional seleccionadoentre carbonilo halogenado, formilo, alquilo halogenado, hidroxilo, oxilanilo e isocianato, un anhídrido de ácido,un éster, un compuesto que tiene un doble enlace de carbono y un haluro de ácido sulfónico;

- un material que interactúa electrostáticamente con la capa funcional de separación y que está seleccionadoentre cloruro de alquiltrimetilamonio, cloruro de diestearildimetilbencilamonio, cloruro deestearildimetilbencilamonio, cloruro de esteariltrimetilbencilamonio, cloruro de cetiltrimetilamonio, cloruro decetilpiridinio, cloruro de benzalconio, cloruro de tri-n-octilamonio, cloruro de bencetonio y cloruro delauriltrimetilamonio;

- polietilenglicol con un peso molecular medio de 20.000;

en la que la relación de eliminación de boro, la relación de eliminación de sal y el coeficiente de transmisión salina sedeterminan mediante la permeación de agua de mar a 25 ºC que tiene un pH de 6,5, una concentración de boro de 5ppm y una concentración total de sólidos disueltos (TDS) de un 3,5 % en peso a una presión de operación de 5,5MPa.

Membrana semipermeable de material compuesto, procedimiento de producción de la misma y procedimiento para tratamiento de agua que contiene boro

Campo técnico

La presente invención se refiere a una membrana semipermeable de material compuesto útil para la separación selectiva de una mezcla líquida, y a un procedimiento para la producción de la misma. Por ejemplo, la presente invención se refiere a una membrana semipermeable de material compuesto que comprende una capa funcional de separación que comprende poliamida formada sobre una película de sustrato poroso y que es favorable para la eliminación de boro del agua de mar o de agua salobre, a un procedimiento de producción de la misma, y a un elemento, un equipo de separación de fluidos y un procedimiento para el tratamiento de agua que contiene boro usando el mismo.

Antecedentes de la técnica Recientemente, se ha ensayado la desalinización de agua de mar a través de una membrana semipermeable de material compuesto, y actualmente se ha puesto en uso práctico en plantas de agua en todo el mundo. Una membrana semipermeable de material compuesto comprende generalmente una capa funcional de separación revestida sobre una película de sustrato poroso. Cuando la capa funcional de separación se forma usando poliamida aromática reticulada, existen ventajas tales como que la capa es robusta y rígida ya que contiene un anillo de benceno y que la capa se puede formar fácilmente por policondensación interfacial de amina polifuncional aromática y de haluro de ácido polifuncional aromático, y se conocen otras ventajas tales como una elevada relación de eliminación de sal y un caudal elevado de permeación (documento JP-A-1-180208 y documento JP-A-2-115027) .

Sin embargo, el estándar de la calidad de agua en la técnica se controla cada vez más seriamente en estos días. En particular, es difícil reducir el menor contenido de boro en el agua de mar a un nivel aceptable para el agua potable en el tratamiento ordinario, y se han propuesto algunas membranas semipermeables compuestas para solucionar este problema (documento JP-A-11-19493 y documento JP-A-2001-259388) . Sin embargo, ya que se espera que estas membranas tengan un caudal de permeación de la membrana de 0, 5 m3/m2/día o inferior y una relación de eliminación de boro como máximo de aproximadamente un 91 a un 92 % cuando el agua de mar a 25 ºC tiene un pH de 6, 5, una concentración de boro de 5 ppm y una concentración de TDS de un 3, 5 % en peso se permea con una presión de operación de 5, 5 MPa, se ha deseado el desarrollo de membranas semipermeables compuestas que tengan mayor capacidad de eliminación del soluto.

Como medio para mejorar la capacidad de eliminación del soluto de las membranas semipermeables compuestas, se ejemplifica un procedimiento en el que se añade un nuevo reactivo a la solución de reacción. Dado que este procedimiento no difiere mucho de los procedimientos convencionales, es útil como un simple procedimiento mejorado. Por ejemplo, se describe que en la membrana semipermeable de material compuesto, la poliamida reticulada está constituida por un componente de poliamina que tiene al menos dos grupos amino en la molécula, y un componente ácido, como un nuevo reactivo, que comprende un haluro de poliácido alifático lineal que tiene al menos dos grupos halocarbonilo en la molécula (Patente Japonesa 3.031.763) . Aunque se describe que el procedimiento proporciona una membrana semipermeable de material compuesto que tiene una relación de eliminación de sal elevada y un caudal de permeación caudal de permeación elevado y un procedimiento de producción de la misma, aún es imposible aumentar adicionalmente la relación de eliminación de boro de acuerdo con el procedimiento.

Por otro lado, también se ha intentado realizar el procedimiento de poner en contacto un reactivo con una membrana semipermeable para mejorar la capacidad de separación selectiva y mejorar la capacidad de retención de la misma. Por ejemplo, se puede mencionar un procedimiento para poner en contacto una membrana semipermeable con dos o más tipos de soluciones acuosas que contienen compuestos solubles en agua reactivos entre sí sucesivamente (documento JP-A-59-115704) . Mientras que el procedimiento es útil para mejorar la estabilidad a largo plazo de la relación de desalado de la membrana semipermeable, la relación de eliminación de boro todavía no se ha mejorado como para llegar a un valor tan elevado como un 95 %. Además, también se menciona un procedimiento de uso de tensioactivos aniónicos para el tratamiento posterior (documento JP-A-62-110706) . Mientras que el procedimiento es útil para suprimir la disminución del caudal de permeación en la esterilización de la membrana semipermeable, la relación de eliminación de boro aún no ha mejorado como para alcanzar un valor tan elevado como un 95 %.

Además, también se menciona un procedimiento de revestimiento de la superficie de una capa de poliamida de separación funcional con una solución de un compuesto que tiene al menos un grupo aldehído (documento JP-A2004-243198) . Mientras que el procedimiento es útil para conseguir la estabilidad por envejecimiento y un caudal de permeación elevado, la relación de eliminación de boro aún no ha mejorado como para alcanzar un valor tan elevado como un 95 %. Además, mientras que también se puede mencionar un procedimiento de actuación de un reactivo de amina reactiva o un agente de oxidación de una membrana compuesta de poliamida (Patente de Estados Unidos Nº 4.964.998) , la relación de eliminación de boro aún no ha mejorado como para alcanzar un valor tan elevado como un 95 %.

Divulgación de la invención Un objetivo de la presente invención es proporcionar una membrana semipermeable de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 que tiene una relación de eliminación de sal elevada y una capacidad de eliminación elevada incluso para sustancias no disociativas en una región neutra tal como ácido bórico, y proporcionar un procedimiento de producción de acuerdo con la reivindicación 7 del mismo.

Breve descripción del dibujo

La Figura 1 es un gráfico que muestra la relación entre el contenido libre y la relación de eliminación de boro de la capa funcional de separación en la membrana semipermeable de material compuesto.

Mejor modo de realizar la invención La presente invención proporciona una membrana semipermeable de material compuesto que tiene elevada capacidad de eliminación de sal y que puede eliminar incluso las sustancias, a una elevada relación de eliminación, que no son disociativas en una región neutra y que por lo tanto se eliminan con dificultad en gran medida con membranas convencionales de ósmosis inversa. Por consiguiente, ya que la membrana semipermeable de material compuesto puede eliminar el boro, a una elevada relación de eliminación, que hasta ahora apenas se eliminaba en gran medida, particularmente en la desalación de agua de mar, se puede usar adecuadamente para la preparación de agua potable por ósmosis inversa.

La membrana semipermeable de material compuesto de la presente invención se usa adecuadamente como una membrana semipermeable de material compuesto para obtener agua dulce con menos contenido de boro a partir de agua de salmuera o de agua de mar, y es una membrana semipermeable de material compuesto en la que un material orgánico soluble en agua se pone en contacto con una capa funcional de separación que comprende un producto de reacción de una amina polifuncional y un haluro de ácido polifuncional formado sobre una película de sustrato poroso, que tiene una relación de eliminación de boro de un 95 % o superior, cuando el agua de mar a 25 ºC que tiene un pH de 6, 5, una concentración de boro de 5 ppm y una concentración de TDS de un 3, 5 % en peso se permea bajo una presión de operación de 5, 5 MPa.

Generalmente, TDS se refiere a una cantidad total de sólidos disueltos, que está representada por " (masa) ÷ (volumen) " o relación de peso. De acuerdo con la definición, se puede calcular basada en el peso de residuos cuando el agua se filtra a través de un filtro de 0, 45 μm a una temperatura de 39, 5 a 40, 5 ºC y, más convenientemente, se convierte a partir del contenido práctico de sal (S) .

La película de sustrato poroso en la membrana compuesta de la presente invención no presenta básicamente la capacidad de separación de iones, etc., y se usa para reforzar la capa funcional de separación que básicamente tiene capacidad de separación de la membrana. El tamaño de poro y la distribución de poros en la película de sustrato poroso no están particularmente limitados. Por ejemplo, es preferente que la película de sustrato tenga poros uniformes, o que... [Seguir leyendo]

1. Una membrana semipermeable de material compuesto que comprende (i) una película de sustrato poroso, y

(ii) formada sobre ella, una capa funcional de separación que comprende un producto de reacción de amina 5 polifuncional con haluro de ácido polifuncional;

y se caracteriza por una relación de eliminación de boro de un 95 % o superior en la membrana que se puede obtener por contacto de la capa funcional de separación de una membrana semipermeable de material compuesto de la estructura anterior y que tiene una relación de eliminación de sal º 99, 5 % o un coeficiente de transmisión salina º 3 x 10-8 m/s, con un material orgánico que tiene una solubilidad en agua de 0, 01 ppm o superior y que interactúa con la capa funcional de separación, seleccionado entre

- un material que forma un enlace covalente por contacto con un grupo amino de la capa funcional de separación y que está seleccionado entre los compuestos que tienen al menos un grupo funcional seleccionado entre carbonilo halogenado, formilo, alquilo halogenado, hidroxilo, oxilanilo e isocianato, un anhídrido de ácido, un éster, un compuesto que tiene un doble enlace de carbono y un haluro de ácido sulfónico;

- un material que interactúa electrostáticamente con la capa funcional de separación y que está seleccionado entre cloruro de alquiltrimetilamonio, cloruro de diestearildimetilbencilamonio, cloruro de estearildimetilbencilamonio, cloruro de esteariltrimetilbencilamonio, cloruro de cetiltrimetilamonio, cloruro de cetilpiridinio, cloruro de benzalconio, cloruro de tri-n-octilamonio, cloruro de bencetonio y cloruro de lauriltrimetilamonio;

- polietilenglicol con un peso molecular medio de 20.000;

en la que la relación de eliminación de boro, la relación de eliminación de sal y el coeficiente de transmisión salina se determinan mediante la permeación de agua de mar a 25 ºC que tiene un pH de 6, 5, una concentración de boro de 5 ppm y una concentración total de sólidos disueltos (TDS) de un 3, 5 % en peso a una presión de operación de 5, 5 MPa.

2. La membrana de la reivindicación 1, en la que la capa funcional de separación que tiene un radio medio de poro de 0, 25-0, 35 nm y un contenido librel de 0, 2-0, 3 % en nm3, medido mediante espectroscopía por aniquilación de positrones.

3. La membrana de la reivindicación 1 o 2, en la que la amina polifuncional es una amina polifuncional aromática.

4. La membrana de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que el material que forma un enlace covalente por

contacto con un grupo amino que constituye la capa funcional de separación comprende un compuesto que contiene el grupo formilo o un derivado del mismo, un compuesto que contiene el grupo oxilanilo o un derivado del mismo, un derivado de carbonato, un derivado de carbamato o un haluro de alquilo.

5. La membrana de la reivindicación 4, en la que el compuesto que contiene el grupo formilo es un aldehído que tiene al menos dos grupos funcionales capaces de unirse a la amina mediante un enlace covalente.

6. La membrana de la reivindicación 4, en la que el compuesto que contiene el grupo oxiranilo es un epóxido que tiene al menos dos grupos funcionales capaces de unirse a la amina mediante un enlace covalente.

7. Un procedimiento para producir la membrana semipermeable de material compuesto de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende:

(i) poner en contacto amina polifuncional con haluro de ácido polifuncional sobre una película de sustrato poroso para formar por medio de policondensación una membrana semipermeable que tiene una capa funcional de separación que contiene poliamida y que tiene una relación de eliminación de sal º 99, 5 % o un coeficiente de transmisión salina º 3 x 10-8 m/s; y

(ii) poner en contacto la capa funcional de separación con un material orgánico que tiene una solubilidad en agua de 0, 01 ppm o superior y que interactúa con la capa funcional de separación, y que es como se ha 45 definido en la reivindicación 1; hasta que la relación de eliminación de boro se convierte en º 95 %.

8. Un elemento de membrana semipermeable de material compuesto que comprende la membrana de cualquiera de las reivindicaciones 1-6.

9. Un equipo de separación de fluidos que comprende el elemento de la reivindicación 8.

10. El uso de la membrana de cualquiera de las reivindicaciones 1-6 para el tratamiento de agua que contiene boro.