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Immobilisierte Flüssigmembran. - Dokument DE3686619T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3686619T2 29.04.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0213744
Titel Immobilisierte Flüssigmembran.
Anmelder Celanese Corp., New York, N.Y., US
Erfinder Sirkar, Kamalesh K., Scotch Plains New Jersey, US;
Taskier, Henry T., Fanwood New Jersey, US;
Bhave, Ramesh R., Castle Point Hoboken New Jersey, US;
Ostler, Mark I., Libertyville Illinois, US
Vertreter von Kreisler, A., Dipl.-Chem.; Selting, G., Dipl.-Ing.; Werner, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Fues, J., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Böckmann gen. Dallmeyer, G., Dipl.-Ing.; Hilleringmann, J., Dipl.-Ing.; Jönsson, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Meyers, H., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 5000 Köln
DE-Aktenzeichen 3686619
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 30.07.1986
EP-Aktenzeichen 863058459
EP-Offenlegungsdatum 11.03.1987
EP date of grant 02.09.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.04.1993
IPC-Hauptklasse B01D 69/14
IPC-Nebenklasse B01D 53/22   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung macht eine stabile, wirkungsvolle, einlagige immobilisierte Flüssigmembran, die im Inneren eines hydrophoben mikroporösen Trägers immobilisiert ist, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Flüssigmembran verfügbar. Die vorliegende Erfindung schließt auch ein Verfahren zur Herstellung einer ultradünnen immobilisierten Flüssigmembran mit einer Dicke von etwa 0,0084 mm oder weniger ein.

Die Entfernung einer gasförmigen Komponente aus einem gasförmigen Gemisch mit Hilfe einer immobilisierten Flüssigmembran ist wohlbekannt. Typischerweise werden solche konventionellen immobilisierten Flüssigmembranen durch Eintauchen einer hydrophilen mikroporösen Membran in eine geeignete wäßrige Lösung hergestellt. Die hydrophile Membran zieht die wäßrige Lösung hinauf in ihre Poren, so daß die Lösung in den Poren als Membran wirkt, so daß sie vorzugsweise eine gasförmige Komponente aus einem gasförmigen Gemisch abtrennt. Das heißt, daß eine der Species in dem gasförmigen Gemisch vorzugsweise durch die Flüssigkeit in den Poren hindurchtritt.

Die konventionelle immobilisierte Flüssigmembran besteht aus einer wäßrigen Flüssigmembran, die innerhalb einer hydrophilen mikroporösen Membran immobilisiert ist. Die immobilisierte Flüssigmembran wird dann auf der Seite niedrigeren Drucks auf eine hydrophobe mikroporöse Trägermembran aufgezogen, um ein Herausstoßen der als Membran dienenden wäßrigen Flüssigkeit zu verhindern. Beispiele für solche Sandwich-Struktur sind in den US-Patenten 3 819 806, 4 089 653, 4 115 514, 4 119 408, 4 147 754 und 4 174 374 zu finden. Wenn ebene mikroporöse Membranen eingesetzt werden und zwischen den beiden Seiten der immobilisierten Flüssigmembran eine Überdruck-Druckdifferenz besteht, wird die oben beschriebene Sandwich-Struktur weiterhin durch ein flaches engmaschiges Netz aus nichtrostendem Stahl unterstützt; siehe Kimura und Walmet, "Fuel Gas Purification With Permselective Membranes", Separation Science and Technology 15 (4), S. 1115-1133 (1980). Wenn hydrophile mikroporöse Hohlfaser-Trägermembranen eingesetzt werden, um wäßrige Flüssigkeiten zu immobilisieren, wird das Anlegen einer Überdruck-Druckdifferenz vermieden, um ein Ausstoßen der wäßrigen Flüssigkeit aus der Membran zu verhindern; ebenda.

Konventionelle immobilisierte hydrophile Flüssigmembranen leiden ebenfalls zwangsläufig unter ihrer hydrophilen Zusammensetzung, denn wenn eine gasförmige Komponente aus einem Speisegas-Gemisch, das Wasser enthält, entfernt wird, wird das restliche Speisegas-Gemisch übersättigt. Wasser kondensiert auf der hydrophilen Membran und überflutet diese. Dementsprechend erfordern solche immobilisierten Flüssigmembranen eine sehr sorgfältige Steuerung der Feuchtigkeit; ebenda auf Seite 1128.

Weiterhin erfordern sie, wie in dem US-Patent 4 119 408 offenbart ist, spezialisierte Verfahrensschritte zum Auffüllen des Flüssigkeits-Verlustes bei immobilisierten Flüssigmembranen der konventionellen Sandwich-Struktur in einem on-line-Gas-Trennsystem. Die ultradünne immobilisierte Flüssigmembran der vorliegenden Erfindung kann jedoch ohne weiteres von der stromabwärtigen Seite aufgefüllt werden, um etwaige Flüssigkeitsverluste zu kompensieren.

Das US-Patent 3 625 734 offenbart eine immobilisierte Flüssigmembran, die wäßriges Polyethylenglycol umfaßt, das auf einer porösen inerten Kaschiermembran getragen wird, auf der ein nicht benetzender mikroporöser Film aus Polytetrafluorethylen-Teilchen aufgebracht ist. Zur Abscheidung des immobilisierten Flüssigkeitsfilms aus Polyethylenglycol unmittelbar auf der mit Polytetrafluorethylen beschichteten Kaschiermembran wird die Membran dadurch benetzbar gemacht, daß sie mit einer verdünnten wäßrigen Lösung besprüht wird, die Hydroxymethylcellulose enthält.

Demgemäß ist eine solche immobilisierte Flüssigmembran schwierig herzustellen und mit Problemen wie dem Ausstoßen der Flüssigkeit selbst bei geringen anliegenden Druckdifferenzen als auch dem Überfluten der Flüssigmembran auf der Zuflußseite behaftet.

Die Japanische Patentveröffentlichung 52123/1981 offenbart, daß poröse hohle Polypropylen-Filamente durch Eintauchen der Filamente in Ethanol und anschließendes Hindurchleiten von Wasser durch die Filamente hydrophil gemacht werden können. Die Fasern werden dazu verwendet, feine Teilchen aus einer wäßrigen Lösung herauszufiltrieren. Diese Literaturangabe erwähnt die Technik immobilisierter Flüssigmembranen nicht und deutet auch eine Immobilisierung wäßriger Lösungen im Inneren der porösen hohlen Polypropylen-Fasern nicht einmal an.

Die GB-A-1 577 547 offenbart ein Verfahren zur Abtrennung eines Materials aus einem das Material enthaltenden Fluid- Gemisch unter Ausnutzung der Techniken der Durchdringung einer Flüssigkeitssperre und der Metall-Komplexierung, wobei sich eine Flüssigkeitssperre, die metallhaltige, mit dem abzutrennenden Material einen Komplex bildende Ionen enthält, mit einer semipermeablen Membran in Kontakt befindet. Das Fluid-Gemisch wird der einen Seite der Membran zugeführt, und das abgetrennte Material wird von der anderen Seite der Membran entnommen. Die Flüssigkeitssperre kann sich teilweise oder im wesentlichen vollständig im Inneren der semipermeablen Membran befinden, von der berichtet wird, daß sie die Flüssigkeitssperre in der Nachbarschaft oder im Inneren der Membran etwas immobilisiert (Seite 3, Zeilen 75-77).

Die US-A-3 812 651 betrifft die Trennung von Kohlenwasserstoffen durch den kombinierten Einsatz der Durchdringung einer Flüssigkeitssperre und der Metall-Komplexierung. Die komplexbildende Metall-Ionen enthaltende Flüssigkeitssperre befindet sich in Kontakt mit einer Folienmembran, und letztere wird mit einem Quellmittel für die Folie in Berührung gebracht (Spalte 1 Zeilen 7-16). Die Flüssigkeitssperre kann dadurch gebildet werden, daß man die semipermeable Membran auf eine Reihe von Weisen benutzt, wobei, den Angaben nach, die Membran die Flüssigkeitssperre im Inneren oder in der Nachbarschaft der Zufuhr-Seite immobilisieren soll. Beispielsweise kann die Flüssigkeitssperre zwischen zwei festen, gasdurchlässigen Folien gehalten werden, die einen Durchgang der Flüssigkeit verhindern, oder die Flüssigkeitssperre kann teilweise oder vollständig in die tragende Struktur hinein absorbiert werden (Spalte 5 Zeilen 29-41 und Spalte 9 Zeilen 14-42).

Die EP-A-0 098 731 offenbart eine Flüssigmembran, die vier Elemente umfaßt, nämlich einen Membran-Träger, ein Lösungsmittel, eine "axiale Basis" und einen Sauerstoff-Träger. Die Flüssigmembran selbst ist vorzugsweise in dem Membran-Modul physikalisch enthalten und wird darin gehalten. In einigen Fällen kann der Träger eine nicht-poröse polymere Folie enthalten, die durch das Lösungsmittel zum Quellen gebracht wird.

Keines der drei letzt-genannten Dokumente offenbart die Herstellung einer ultradünnen Membran mittels eines Verfahrens, bei dem die Dicke einer immobilisierten Flüssigmembran durch Verdampfung partiell reduziert wird.

Die Nachteile der konventionellen immobilisierten Flüssigmembranen werden durch die vorliegende Erfindung überwunden.

Erstens: Die wäßrige Membran wird, sobald sie im Inneren des hydrophoben mikroporösen Trägers immobilisiert ist, unter einer quer über der Membran anliegenden beträchtlichen Überdruck-Druckdifferenz, z. B. von 175 psig (1207 kPa Ablesung) nicht ausgestoßen. Eine solche Beständigkeit gegenüber einer Überdruck-Druckdifferenz ist bei einer einlagigen immobilisierten Flüssigmembran gänzlich unerwartet.

Diese hohe Stabilität gegenüber einer Überdruck-Druckdifferenz bedeutet, daß dann, wenn der mikroporöse hydrophobe Träger mechanisch die Druckdifferenz bei irgendeiner gegebenen Anwendung auszuhalten vermag, die konventionelle Sandwich-Struktur nicht benötigt wird und die immobilisierte Flüssigmembran der vorliegenden Erfindung von allein zu stehen vermag. Diese Fähigkeit, ohne Träger zu funktionieren, vereinfacht die Wartung und verbessert die Kosten- Nutzen-Relation im Vergleich zu konventionellen immobilisierten Flüssigmembranen.

Zweitens: Wenn eine Kondensation von Wasser infolge einer Übersättigung des Speisegas-Gemischs stattfindet, wird die in dem hydrophoben mikroporösen Träger der vorliegenden Erfindung immobilisierte Flüssigmembran nicht überflutet. Auch dann, wenn die wäßrige Flüssigmembran im Inneren einer hydrophoben mikroporösen Hohlfaser immobilisiert wird, ist sie bei erheblichen Werten einer anliegenden Druckdifferenz stabil, insbesondere dann, wenn der höhere Druck auf der Außenseite der Hohlfaser herrscht.

Zur Maximierung des Durchflusses durch eine Membran und zur Reduzierung der für eine vorgegebene Trennung erforderlichen Fläche ist es im allgemeinen zu bevorzugen, eine Membran einzusetzen, die so dünn wie möglich ist. Somit umfaßt die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer ultradünnen einlagigen immobilisierten Flüssigmembran.

Speziell die Dicke der in dem mikroporösen hydrophoben Träger immobilisierten wäßrigen Flüssigmembran wird dadurch reduziert, daß die wäßrige Flüssigkeit in der Membran durch Verdampfen zum Teil entfernt wird. Da der Träger hydrophob ist, wandert die verbleibende wäßrige Flüssigkeit nicht zu trocken gewordenen Abschnitten des Trägers. Die ultradünnen immobilisierten Flüssigkeiten der vorliegenden Erfindung haben eine Dicke von etwa 0,0084 mm oder weniger.

Aufgrunddessen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine einlagige ultradünne immobilisierte Flüssigmembran, die eine wäßrige Flüssigmembran umfaßt, die im Inneren eines hydrophoben mikroporösen Trägers immobilisiert ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen immobilisierten Flüssigmembran verfügbar zu machen.

Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung sind:

Die Bereitstellung einer einlagigen immobilisierten Flüssigmembran, die gegen eine beträchtliche, quer über der Membran anliegende Überdruck-Differenz stabil ist;

die Bereitstellung einer einlagigen immobilisierten Flüssigmembran, die wartungsfreundlich und relativ preisgünstig zu fertigen ist;

die Bereitstellung einer immobilisierten Flüssigmembran, die gegen Überflutung beständig ist;

die Bereitstellung einer wäßrigen Flüssigmembran, die im Inneren einer hydrophoben mikroporösen Hohlfaser immobilisiert ist, wobei die immobilisierte Flüssigmembran gegen hohe Werte einer angelegten Druck-Differenz stabil ist; und die Bereitstellung einer ultradünnen einlagigen immobilisierten Flüssigmembran, die ein überlegenes Trennvermögen zeigt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung macht eine einlagige ultradünne immobilisierte Flüssigmembran, die eine wäßrige Flüssigmembran umfaßt, die im Inneren eines hydrophoben mikroporösen Trägers immobilisiert ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen immobilisierten Flüssigmembran verfügbar. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:

(a) In-Berührung-Bringen eines hydrophoben mikroporösen Trägers mit einer 40 bis 95 Vol.-% einer Austausch- Komponente enthaltenden wäßrigen Lösung, bis ein stationärer Zustand erreicht ist;

(b) Entfernen des Trägers aus der wäßrigen Lösung;

(c) In-Berührung-Bringen des Trägers mit Wasser ohne nennenswerte Trocknung der Oberfläche, bis ein stationärer Zustand erreicht ist;

(d) Entfernen des Trägers aus dem Wasser;

(e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d), bis eine Wasser- Membran im wesentlichen innerhalb der gesamten Dicke des Trägers immobilisiert ist; und

(f) teilweises Reduzieren der Dicke der im Inneren des Trägers immobilisierten Membran.

Die ultradünne immobilisierte Flüssigmembran der vorliegenden Erfindung kann eine wäßrige Salz-Membran umfassen, die im Inneren des Trägers immobilisiert ist. Somit macht die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Immobilisierung einer wäßrigen Salz-Lösung im Inneren des hydrophoben mikroporösen Trägers durch Einbeziehen eines weiteren Schrittes

(g) verfügbar, bei dem der Träger mit einem Bad einer wäßrigen Salz-Lösung in Berührung gebracht wird, bis eine Membran aus der wäßrigen Salz-Lösung die Wasser- Membran in dem Träger ersetzt.

Der Schritt (g) kann dem Schritt (f) vorausgehen oder folgen, wie im nachstehenden erläutert wird.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung der Apparatur, die zur Beurteilung der Gas-Durchlässigkeit der immobilisierten Flüssigmembran der vorliegenden Erfindung benutzt wurde. Sie ist in Beispiel 5 beschrieben.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das Produkt und das Verfahren, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt werden, betreffen eine einlagige immobilisierte Flüssigmembran, die eine wäßrige Flüssigmembran umfaßt, die mittels eines hydrophoben mikroporösen Trägers immobilisiert ist.

DER MIKROPORÖSE TRÄGER

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der hydrophobe mikroporöse Träger aus den mikroporösen Folien, die unten beschrieben werden und die in den US- Patenten 3 801 404, 3 801 444, 3 839 516, 3 843 761, 4 255 376, 4 257 997 und 4 276 179 offenbart sind, auf die sämtlich hierin ausdrücklich Bezug genommen wird. Es ist ausdrücklich anzumerken, daß in der vorliegenden Erfindung jedes beliebige hydrophobe Material verwendet werden kann. Hierzu zählt jedes mikroporöse Material, das nicht spontan durch Wasser benetzt wird.

Poröse oder zellige Folien können in zwei allgemeine Typen unterteilt werden: Einen Typ, bei dem die Poren nicht miteinander in Verbindung stehen, d. h. geschlossenzellige Folien, und einen anderen Typ, bei dem die Poren im wesentlichen über gewundene Wege miteinander in Verbindung stehen, die sich von einer äußeren Oberfläche oder einem Oberflächen-Bereich zur anderen bzw. zu einem anderen erstrecken können, d. h. offenzellige Folien. Die porösen Folien der vorliegenden Erfindung sind solche des letzteren Typs.

Weiterhin sind die Poren der mikroporösen Folien der vorliegenden Erfindung mikroskopisch, d. h. die Einzelheiten ihrer Poren-Konfiguration oder -Anordnung sind nur bei der mikroskopischen Untersuchung erkennbar. Tatsächlich sind die offenen Zellen oder Poren in den Folien, die nach den hierin beschriebenen Techniken des "trockenen Reckens" oder des "Lösungsmittel-Reckens" hergestellt werden, kleiner als diejenigen, die mit Hilfe eines gewöhnlichen Lichtmikroskops gemessen können, da die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, die etwa 5000 Å beträgt (1 Å = 10&supmin;¹&sup0; m) größer ist als die längste ebene oder oberflächliche Abmessung der offenen Zelle oder Pore. Die durch "Lösungsmittel-Recken" oder "trockenes Recken" hergestellten mikroporösen Folien können jedoch mit Hilfe elektronenmikroskopischer Techniken identifiziert werden, die in der Lage sind, Einzelheiten der Poren-Struktur unterhalb von 5000 Å (500 nm) aufzulösen.

Die mikroporösen Folien der Erfindung sind auch durch eine verminderte Raumdichte gekennzeichnet, die gelegentlich im folgenden als "niedrige" Dichte bezeichnet wird. Das heißt, daß diese mikroporösen Folien eine Raum- oder Gesamtdichte haben, die niedriger ist als die Raumdichte entsprechender Folien, die aus identischen polymeren Materialien aufgebaut sind, jedoch keine offenzellige oder anderweitig hohle Struktur haben. Der Begriff "Raumdichte", wie er hierin verwendet wird, bezeichnet das Gewicht pro Einheit des makroskopischen oder geometrischen Volumens der Folie, wobei das makroskopische Volumen durch Eintauchen einer Folie mit bekanntem Gewicht bei 25 ºC und Atmosphärendruck in ein teilweise mit Quecksilber gefülltes Gefäß bestimmt wird. Der volumetrische Anstieg des Quecksilberspiegels ist ein direktes Maß für das makroskopische Volumen. Diese Methode ist als die Quecksilber-Volumenometer-Methode bekannt und ist in der Encylopedia of Chemical Technology, Band 4, Seite 892 (Interscience 1949), beschrieben. Somit besitzt das Absorptionsmittel (z. B. die poröse Folie) der vorliegenden Erfindung eine mikroporöse offenzellige Struktur und ist ebenfalls durch eine verminderte Raumdichte gekennzeichnet.

Beispielsweise können geeignete mikroporöse Folien hergestellt werden mittels der Verfahren, die in dem US-Patent 3 801 404, das ein hierin als Verfahren des "trockenen Reckens" bezeichnetes Verfahren zur Herstellung mikroporöser Folien definiert, und in dem US-Patent 3 839 516, das ein hierin als Verfahren des "Lösungsmittel-Reckens" bezeichnetes Verfahren zur Herstellung mikroporöser Folien definiert, beschrieben sind. Jedes dieser Patente offenbart bevorzugte alternative Wege zur Gewinnung einer mikroporösen Folie durch Manipulieren einer Vorstufen-Folie gemäß speziell definierten Verfahrensschritten.

Die am meisten bevorzugten hydrophoben mikroporösen Folien zur Verwendung als Träger in der vorliegenden Erfindung sind die mikroporösen Polypropylen-Folien der CELGARD® 2000-Serie, die von Celanese Separation Products, Celanese Corporation, Charlotte, North Carolina, erhältlich sind.

In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der hydrophobe mikroporöse Träger eine mikroporöse Hohlfaser.

Bei der Kennzeichnung der mikroporösen Hohlfasern der vorliegenden Erfindung ist wiederum ausdrücklich festzuhalten, daß poröse oder zellige Faser-Strukturen in zwei allgemeine Typen unterteilt werden können: Einen Typ, bei dem die Poren nicht miteinander in Verbindung stehen, d. h. geschlossenzellige Strukturen, und einen anderen Typ, bei dem die Poren im wesentlichen über mehr oder weniger gewundene Wege miteinander in Verbindung stehen, die sich von einer äußeren Oberfläche oder einem Oberflächen-Bereich zur anderen bzw. zu einem anderen erstrecken können, d. h. offenzellige Strukturen. Die porösen Hohlfasern der vorliegenden Erfindung sind solche des letzteren Typs.

Das US-Patent 4 055 696 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung mikroporöser Polypropylen-Hohlfasern, bei dem eine Technik des Kaltreckens zur Herstellung der mikroporösen Polypropylen-Hohlfasern angewandt wird. Das Verfahren erfordert, daß die Größe der Poren dadurch innerhalb eines speziell bezeichneten Bereichs gehalten wird, daß der Grad und die Temperatur des Kaltreckens auf 30 bis 200% der ursprünglichen Faser-Länge bzw. eine Temperatur unterhalb von 110 ºC begrenzt werden. Die resultierenden kaltgereckten Fasern, die zuvor getempert worden sind, werden bei einer Temperatur warmgehärtet, die bei oder oberhalb der vor dem oben beschriebenen Recken angewandten Temperatur des anfänglichen Temperns liegt. Gemäß diesem Patent hergestellte getemperte, kaltgereckte, warmgehärtete Hohlfasern neigen dazu, verschiedene Grade der Schrumpfung zu zeigen, die von der Beziehung der Temperatur und Dauer des vorhergehenden Temperns zu der Temperatur und Dauer des Warmhärtens abhängen.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der als Träger in der vorliegenden Erfindung benutzten mikroporösen Hohlfaser ist in dem US-Patent 4 405 688 offenbart, in dem eine mikroporöse polyolefinische Hohlfaser hergestellt wird durch Schmelzspinnen eines polyolefinischen Harzes in einer im wesentlichen senkrecht aufwärts verlaufenden Richtung bei einer Temperatur von etwa 10 ºC bis etwa 90ºC oberhalb des kristallinen Schmelzpunkts des Polymers zu einer nichtporösen Vorstufen-Hohlfaser, während die Vorstufe mit einem im wesentlichen symmetrischen Strom eines abschreckenden Mediums wie Luft oder einem anderen Gas in Kontakt gebracht wird, und nachfolgendes Umwandeln der resultierenden nichtporösen Vorstufen-Hohlfaser in eine mikroporöse Hohlfaser durch Recken der Vorstufen-Faser und anschließendes Warmhärten der gereckten Faser. Vorzugsweise wird die Vorstufen- Faser vor dem Recken ebenfalls getempert.

Die am meisten bevorzugten, als Träger in der vorliegenden Erfindung benutzten mikroporösen Hohlfasern sind die mikroporösen CELGARD®-Hohlfasern, die von Celanese Separation Products, Celanese Corporation, Charlotte, North Carolina, erhältlich sind.

DIE EINLAGIGE IMMOBILISIERTE FLÜSSIGMEMBRAN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Die einlagige immobilisierte Flüssigmembran der vorliegenden Erfindung umfaßt einen hydrophoben mikroporösen Träger, der innerhalb seiner Poren immobilisiert eine wäßrige Flüssigmembran besitzt. Die wäßrige Flüssigmembran wird in das Innere des Trägers mittels des folgenden Austausch-Verfahrens eingebaut.

Der hydrophobe mikroporöse Träger wird mit einer wäßrigen Lösung in Berührung gebracht, die 40 bis 90 Vol.% einer Austausch-Komponente enthält. Als Austausch-Komponente am meisten bevorzugt ist Ethylalkohol, jedoch kann sie auch jede andere, mit Wasser mischbare Flüssigkeit oder Flüssigkeitsmischung sein, die beim Vermischen mit Wasser in geeigneter Menge dazu führt, daß der Träger spontan durch eine wäßrige Lösung benetzbar wird. Um hydrophobe mikroporöse CELGARD®-Folien benetzbar zu machen, hat die Austausch-Komponente eine Oberflächenspannug, die kleiner als oder gleich 35 dyn/cm (mN/m) bei 25 ºC ist. Zu geeigneten Austausch-Komponenten gehören Methylalkohol, Aceton und Ethylalkohol, wobei Ethylalkohol am meisten bevorzugt wird.

Ein bevorzugtes Verfahren zum In-Berührung-Bringen des Trägers mit der wäßrigen Lösung der Austausch-Komponente besteht darin, den Träger in einem Bad unter leichtem Rühren in einen Strom der wäßrigen Lösung zu bringen. Der Träger bleibt mit der wäßrigen Lösung in Berührung, bis ein stationärer Zustand erreicht ist.

Dann wird die Berührung des Trägers mit der wäßrigen Lösung der Austausch-Komponente beendet, und der Träger wird mit Wasser in Berührung gebracht, vorzugsweise ohne eine nennenswerte Trocknung der Oberfläche, wiederum bis zum Erreichen eines stationären Zustandes.

Der Träger wird aus dem Wasser herausgenommen, und die aufeinander folgenden Schritte des In-Berührung-Bringens des Trägers mit einer wäßrigen Lösung einer Austausch-Komponente, des Beendens einer solchen Berührung und des In-Berührung-Bringens des Trägers mit Wasser werden wiederholt, bis eine Wasser-Membran im wesentlichen innerhalb der gesamten Dicke des Trägers immobilisiert ist. Ein solcher Punkt kann qualitativ dadurch bestimmt werden, daß man beobachtet, wann der Träger vollständig lichtdurchlässig ist. Ein Test mit Hilfe eines UV-Spektralphotometers auf Licht-Durchlässigkeit bestätigt schnell die vollständige Transparenz.

Der sogenannte "vollständig ausgetauschte" Träger ist eine einlagige immobilisierte Flüssigmembran, die eine innerhalb eines hydrophoben mikroporösen Trägers immobilisierte Wasser-Membran umfaßt. Wenn es erwünscht ist, innerhalb des Trägers eine wäßrige Salz-Lösung zu immobilisieren, kann der "vollständig ausgetauschte" Träger mit einer wäßrigen Salz- Lösung in Berührung gebracht werden, bis eine Membran aus der wäßrigen Salz-Lösung die Wasser-Membran ersetzt hat. Eine bevorzugte Verfahrensweise zum Herbeiführen einer solchen Berührung besteht darin, den "vollständig ausgetauschten" Träger mehrere Stunden in eine wäßrige Salz- Lösung einzutauchen. Die wäßrige Salz-Lösung kann ein beliebiges Ion oder eine beliebige Mischung aus Ionen enthalten, die mit dem Träger kompatibel sind und die den selektiven Durchgang eines gasförmigen Moleküls durch die immobilisierte Flüssigmembran der vorliegenden Erfindung fördern. Hierzu zählen CO&sub3;&supmin;², HCO&sub3;&supmin;¹, Cl&supmin;¹, I&supmin;¹, SO&sub4;&supmin;², ClO&sub4;&supmin;¹, NO&sub3;&supmin;¹, PO&sub4;&supmin;³, HPO&sub4;&supmin;¹, S&supmin;².

Die vorliegende Erfindung umfaßt auch eine einlagige ultradünne immobilisierte Flüssigmembran und das Verfahren zur Herstellung einer solchen Membran. Es ist wohlbekannt, zur Maximierung des Durchflusses durch irgendeine gegebene Membran und zur Reduzierung der für irgendeine gegebene Trennung benötigten Fläche eine Membran einzusetzen, die so dünn wie möglich ist. In der vorliegenden Erfindung kann die Dicke der in dem mikroporösen hydrophoben Träger immobilisierten wäßrigen Flüssigmembran dadurch reduziert werden, daß die wäßrige Flüssigkeit in der Membran partiell durch Verdampfen entfernt wird.

Diese Verminderung der Dicke der in dem Träger immobilisierten Membran kann auf zahlreichen Wegen erreicht werden. Vorzugsweise wird ein Strom eines trockenen Gases oder eines teilweise befeuchteten Gases über die immobilisierte Flüssigmembran hinweg geblasen. Das Blasen kann von beiden Seiten des Trägers mittels irgendeines beliebigen Gases erfolgen, das nicht mit der Membran oder dem Träger in Wechselwirkung tritt. Vorzugsweise befindet sich die nicht mit dem Gasstrom in Berührung befindliche Seite des Trägers überhaupt nicht in Berührung mit irgendeinem strömenden Gas. So lange ein Gradient des Feuchtigkeits-Partialdrucks von der Oberfläche des Trägers zu dem Gasstrom existiert, findet Verdampfung statt, und die Dicke der an dem Träger immobilisierten wäßrigen Flüssigmembran wird vermindert.

Alternativ kann ein Vakuum angelegt werden, um einen Teil der wäßrigen Flüssigmembran zu entfernen. Die wäßrige Flüssigmembran kann auch mit einer gesteuerten Geschwindigkeit durch eine Kammer hindurchgeleitet werden. Die Atmosphäre der Kammer wird unter Bedingungen, z. B. einer höheren Temperatur, gehalten, die einen Übergang der Flüssigkeit aus den Poren des Trägers in die Atmosphäre der Kammer erleichtern. Es ist anzumerken, daß dann, wenn eine Verdampfung von beiden Seiten des Trägers her stattfindet, kein nachfolgender Austausch mit der Flüssigmembran, d. h. der Austausch einer Wasser-Membran mit einer wäßrigen Salz-Lösung, mehr möglich ist, da die Teile des hydrophoben Trägers, von denen die wäßrige Phase verdampft ist, durch wäßrige Lösungen nicht benetzbar sind, so daß sie keine Austausch-Komponente enthalten.

Es liegt ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung, eine einlagige, ultradünne, immobilisierte Flüssigmembran herzustellen, in der eine wäßrige Salzlösungs-Membran im Inneren eines hydrophoben mikroporösen Trägers immobilisiert ist. Eine solche immobilisierte Flüssigmembran kann dadurch hergestellt werden, daß der Träger, in dem eine Wasser- Membran im wesentlichen innerhalb der gesamten Dicke des Trägers immobilisiert ist, mit einer wäßrigen Salz-Lösung in Berührung gebracht wird, bis die Salz-Lösung die Wasser- Membran ersetzt hat, und anschließend die Dicke der im Inneren des Trägers immobilisierten wäßrigen Salzlösungs- Membran teilweise reduziert wird, wie oben beschrieben ist.

Alternativ kann eine immobilisierte Flüssigmembran der vorliegenden Erfindung, bei der die Dicke der im Inneren des Trägers immobilisierten Wasser-Membran partiell vermindert worden ist, mit einer wäßrigen Salz-Lösung in Berührung gebracht werden, bis die Salz-Lösung verminderter Dicke die Wasser-Membran verminderter Dicke ersetzt hat.

Die folgenden Beispiele werden als spezielle Erläuterungen der Erfindung angegeben. Es ist jedoch ausdrücklich darauf hinzuweisen, daß die Erfindung nicht auf die in den Beispielen mitgeteilten speziellen Einzelheiten beschränkt ist.

BEISPIEL 1

Eine hydrophobe mikroporöse Folie aus CELGARD®2400 mit einer Dicke von 0,00254 cm und einem Durchmesser von 5,08 cm wurde in eine 40 Vol.-% Ethylalkohol umfassende wäßrige Lösung gebracht. Die Lösung wurde 1 min leicht gerührt, und die Folie wurde herausgenommen. Die Folie wurde ohne nennenswertes Trocknen der Oberfläche in Wasser gebracht, 5 min leicht gerührt und herausgenommen. Die Folie wurde in eine 40 Vol.-% Ethylalkohol umfassende wäßrige Lösung gebracht, 1 min leicht gerührt und in ein Wasserbad überführt. Das Wasser wurde 5 min gerührt. Diese Schritte des In-Berührung- Bringens der Folie mit einer 40 Vol.-% Ethylalkohol umfassenden wäßrigen Lösung bei einer Verweilzeit von 1 min und des Überführens in ein Wasserbad mit einer Verweilzeit von 5 min wurden wiederholt, bis die Folie vollständig lichtdurchlässig geworden war. Diese Transparenz zeigte an, daß die mikroporöse Folie vollständig mit Wasser ausgetauscht worden war.

BEISPIEL 2

Eine mikroporöse Polyethylen-Folie mit einer Dicke von 0,00254 cm und einem Durchmesser von 5,08 cm wurde in eine 40 Vol.-% Ethylalkohol umfassende wäßrige Lösung gebracht. Die Folie wurde in der gleichen Weise verarbeitet, wie in Beispiel 1 ausgeführt wurde, und es wurde beobachtet, daß sie vollständig lichtdurchlässig wurde. Wiederum zeigte diese Transparenz an, daß die mikroporöse Folie vollständig mit Wasser ausgetauscht worden war.

BEISPIEL 3

Eine mikroporöse Polytetrafluorethylen-Folie mit einer Dicke von 0,00381 cm wurde in eine 95 Vol.-% Ethylalkohol umfassende wäßrige Lösung gebracht. Die Folie wurde in der gleichen Weise verarbeitet, wie in Beispiel 1 ausgeführt wurde, und es wurde beobachtet, daß sie vollständig lichtdurchlässig wurde. Wiederum zeigte diese Transparenz an, daß die mikroporöse Folie vollständig mit Wasser ausgetauscht worden war.

BEISPIEL 4

Eine vollständig mit Wasser ausgetauschte CELGARD®2400-Folie wurde mehrere Stunden unter gelegentlichem leichten Rühren in eine wäßrige K&sub2;CO&sub3;-Lösung getaucht. Tests der Gas-Durchlässigkeit mit reinem N&sub2; wurden anschließend mit der Folie durchgeführt. Es wurde gefunden, daß die resultierende Gas-Durchsatzrate viel geringer als bei Wasser war, und aufgrund des Vergleichs mit theoretischen Durchsatzraten und Betrachtungen ergab sich, daß die mikroporöse Folie vollständig mit der wäßrigen K&sub2;CO&sub3;-Lösung ausgetauscht worden war.

BEISPIEL 5

Eine vollständig mit Wasser ausgetauschte, 0,00254 cm dicke CELGARD®2400-Folie wurde mit einer trockenen CELGARD®2400- Folie gescheuert, um jegliche Oberflächen-Feuchtigkeit zu entfernen, und in eine in der Abbildung dargestellte Permeationszelle gebracht. Die Permeationszelle 1 hat eine obere Hälfte 2 und eine untere Hälfte 3 in solcher Weise, daß die Folie zwischen der oberen Hälfte 2 und der unteren Hälfte 3 angeordnet wurde. Ein reines, vollständig befeuchtetes (d. h. eine relative Feuchtigkeit von 100% aufweisendes) Stickstoff-Speisegas wurde bei 593 cm Hg (791 kPa) und einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 cm³/min durch die Leitung 4 in den Einlaß 5 der oberen Hälfte 2 hineingeleitet und aus dem Auslaß 6 derselben herausgeleitet. Ein reines, vollständig befeuchtetes Helium-Spülgas wurde bei etwa Atmosphärendruck und mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 cm³/min durch die Leitung 7 in den Einlaß 8 der unteren Hälfte 3 hineingeleitet und aus dem Auslaß 9 derselben herausgeleitet. Bei 24 ºC wurde für die vollständig mit Wasser ausgetauschte Folie von 0,00254 cm Dicke eine N&sub2;- Permeationsrate von 1,42 · 10&supmin;³ cm³/s unter Standard-Bedingungen in konventioneller Weise durch gaschromatographische Analyse des Helium-Spülgases bestimmt, nachdem das Spülgas die Permeationszelle 1 durch den Auslaß 9 verlassen hatte.

Dann wurde die folgende Arbeitsweise des Verdampfens angewandt, um die Dicke der im Inneren der CELGARD®-Folie immobilisierten Folie zu erniedrigen. Der Strom des Stickstoff- Speisegases wurde an der Permeationszelle 1 dadurch vorbeigeleitet, daß das Umgehungsventil 10 geöffnet und die Ventile 11 und 12 geschlossen wurden. Ein trockenes reines Helium-Spülgas wurde bei etwa Atmosphärendruck und einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 cm³/min durch die Leitung 7 in den Einlaß 8 der unteren Hälfte 3 hineingeleitet und aus dem Auslaß 9 derselben herausgeleitet. Nach dem Verstreichen von 6 min wurde der Spülgas-Strom unterbrochen und 2 min lang neu begonnen. Der Strom des trockenen reinen Helium- Spülgases wurde dann unterbrochen.

Das Umgehungsventil 10 wurde geschlossen, und die Ventile 11 und 12 wurden geöffnet. Ein reines, vollständig befeuchtetes Stickstoff-Speisegas wurde bei 593 cm Hg (791 kPa Ablesung) und einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 cm³/min durch die Leitung 4 in den Einlaß 5 der oberen Hälfte 2 hineingeleitet und aus dem Auslaß 6 derselben herausgeleitet. Ein reines, vollständig befeuchtetes Helium-Spülgas wurde bei etwa Atmosphärendruck und mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 cm³/min durch die Leitung 7 in den Einlaß 8 der unteren Hälfte 3 hineingeleitet und aus dem Auslaß 9 derselben herausgeleitet. Bei 24 C wurde eine N&sub2;-Permeationsrate von 2,12 · 10&supmin;³ cm³/s unter Standard-Bedingungen in konventioneller Weise durch gaschromatographische Analyse wie oben bestimmt. Aus dieser Permeationsrate wurde in konventioneller Weise berechnet, daß die Dicke der im Inneren der CELGARD®-Folie immobilisierten Flüssigmembran von 0,00254 cm auf 0,001675 cm erniedrigt worden war. Es wurde gefunden, daß die Permeationsrate des N&sub2; durch diese ultradünne immobilisierte Flüssigmembran über Stunden hinweg konstant war, was eine hochgradig stabile immobilisierte Flüssigmembran anzeigte.

Die gleiche Technik des Verdampfens, wie sie oben beschrieben ist, wurde mit einer kürzeren Zeitspanne (1 oder 2 min) wiederholt, und eine N&sub2;-Permeationsrate von 4,26 · 10&supmin;³ cm³/s unter Standard-Bedingungen wurde berechnet. Diese Permeationsrate zeigte an, daß die Dicke der im Inneren der CELGARD®-Folie immobilisierten Flüssigmembran auf 0,000838 cm erniedrigt worden war. Wiederum wurde gefunden, daß diese ultradünne immobilisierte Flüssigmembran in hohem Maße stabil war.

Die gleiche Technik des Verdampfens wurde mit einer kurzen Zeitspanne (1 oder 2 min) wiederholt, und eine N&sub2;-Permeationsrate von 9,46 · 10&supmin;³ cm³/s unter Standard-Bedingungen wurde berechnet. Diese Permeationsrate zeigte an, daß die Dicke der im Inneren der CELGARD®-Folie immobilisierten Flüssigmembran auf 0,000406 cm erniedrigt worden war. Es wurde gefunden, daß auch diese ultradünne immobilisierte Flüssigmembran in hohem Maße stabil war. Auf diese Weise wurde die abschließende Dicke der Membran von 0,000406 cm in der Folie, ausgehend von einer vollständig mit Wasser ausgetauschten, 0,00254 cm dicken Folie, durch eine schrittweise Verringerung der Dicke des Flüssigkeitsfilms in der Folie erhalten. Die schrittweise Verringerung der Dicke kann jedoch durch ein einstufiges Verfahren ersetzt werden.

BEISPIEL 6

Eine vollständig mit Wasser ausgetauschte, 0,00254 cm dicke CELGARD®-Folie wurde wie in Beispiel 5 in eine Permeationszelle 1 gebracht. Ein vollständig befeuchtetes Speisegas- Gemisch, das 10,1% CO&sub2; und 89,9% N&sub2; enthielt, wurde bei etwa 175 psig (1207 kPa Ablesung) und einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 cm³/min in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 als Speisegas durch die Permeationszelle 1 hindurchgeleitet. Ein vollständig befeuchtetes Helium-Gas wurde bei etwa Atmosphärendruck und mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 cm³/min als Spülgas in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 durch die Permeationszelle 1 hindurchgeleitet. Die Partialdruck-Differenz von N&sub2; über die Folie hinweg, ΔP(N&sub2;), betrug 880,8 cm Hg (1174 kPa), während diejenige für CO&sub2;, ΔP(CO&sub2;), 88,2 cm Hg (118 kPa) betrug. Eine N&sub2;-Permeationsrate, R(N&sub2;), von 1,88 · 10&supmin;³ cm³/s unter Standard-Bedingungen wurde berechnet, während diejenige des CO&sub2;, R(CO&sub2;), 5,38 · 10&supmin;³ cm³/s unter Standard-Bedingungen betrug. Der Trennfaktor zwischen CO&sub2; und N&sub2;, αCO&sub2;-N&sub2;, definiert als {R(CO&sub2;)/ΔP(CO&sub2;)/R(N&sub2;)/ΔP(N&sub2;)}, wurde zu 28,6 gefunden.

Die Arbeitsweise des Verdampfens wie in Beispiel 5 wurde durchgeführt, jedoch mit der Abweichung, daß das befeuchtete Hochdruck-CO&sub2;-N&sub2;-Speisegas-Gemisch mit dem befeuchteten Helium-Spülgas in die untere Hälfte 3 eingespeist wurde, bevor die Messungen der Permeationsrate durchgeführt wurden. Die Stickstoff-Permeationsrate R(N&sub2;) wurde zu 3,96 · 10&supmin;³ cm³/s unter Standard-Bedingungen berechnet, während diejenige des CO&sub2;, R(CO&sub2;), 9,88 · 10&supmin;³ cm³/s unter Standard-Bedingungen betrug. ΔP(N&sub2;) wurde nunmehr zu 880,0 cm Hg (1173 kPa) gefunden, und ΔP(CO&sub2;) wurde zu 78,3 cm Hg (104 kPa) gefunden. Der Trennfaktor αCO&sub2;-N&sub2; wurde zu 28,0 berechnet. Somit hatte der Durchfluß der Species sich auf das Doppelte erhöht, was eine Verringerung der Dicke der Membran von 0,00254 cm auf etwa 0,00127 cm anzeigte. Darüber hinaus war der Trennfaktor sogar bei einer teilweisen Verringerung der Dicke der in der CELGARD®-Folie immobilisierten Flüssigmembran nahezu unverändert geblieben.

Die im vorstehenden beschriebene Arbeitsweise des Verdampfens wurde wiederholt, und R(N ) und R(CO&sub2;) wurden zu 8,05 · 10&supmin;³ cm³/s bzw. 14,71 · 10&supmin;³ cm³/s, jeweils unter Standardbedingungen, gefunden, mit ΔP(N&sub2;) = 878,4 cm Hg (1171 kPa) und ΔP(CO&sub2;) = 66,5 cm Hg (89 kPa). Der Wert von αCO&sub2;-N&sub2; wurde zu 24,6 berechnet. Die Dicke der Flüssigmembran wurde zu etwa 0,00059 cm berechnet, und trotzdem blieb der Trennfaktor αCO&sub2;-N&sub2; grundsätzlich unverändert.

BEISPIEL 7

Eine vollständig mit Wasser ausgetauschte, 0,00254 cm dicke CELGARD®-Folie wurde wie in Beispiel 5 in eine Permeationszelle 1 gebracht. Ein vollständig befeuchtetes Speisegas- Gemisch, das 9,91% CO&sub2; und 90,09% N&sub2; enthielt, wurde bei etwa 102 psig (703 kPa Ablesung) und einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 cm³/min unter Standardbedingungen in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 als Speisegas durch die Permeationszelle 1 hindurchgeleitet. Ein vollständig befeuchtetes Helium-Spülgas wurde bei etwa Atmosphärendruck und mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 cm³/min als Spülgas in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 durch die Permeationszelle 1 hindurchgeleitet.

Die Werte für ΔP(N&sub2;) und ΔP(CO&sub2;) wurden zu 543,2 cm Hg (724 kPA) bzw. 55,70 cm Hg (74 kPa) gefunden. Eine N&sub2;-Permeationsrate, R(N&sub2;), von 1,12 · 10&supmin;³ cm³/s unter Standard- Bedingungen wurde berechnet, während diejenige des CO&sub2;, R(CO&sub2;), 3,3 · 10&supmin;³ cm³/s unter Standard-Bedingungen betrug. Der Trennfaktor zwischen, αCO&sub2;-N&sub2;, wurde zu 28,7 gefunden.

Die Arbeitsweise des Verdampfens wie in Beispiel 5 wurde durchgeführt. Für die Folie wurden Werte von R(N&sub2;) = 2,5 · 10&supmin;³ cm³/s bzw. R(CO&sub2;) = 6,1 · 10&supmin;³ cm³/s, jeweils unter Standardbedingungen, gefunden. Die Dicke der im Inneren der Folie immobilisierten Flüssigkeitsmembran wurde zu etwa 0,00127 cm berechnet; der Trennfaktor αCO&sub2;-N&sub2; wurde zu 25,4 gefunden.

Alle Vorgänge wurden angehalten, und die Folie wurde aus der Permeationszelle 1 in ein Bad einer wäßrigen Salz-Lösung mit 30 Gew.-% K&sub2;CO&sub3; überführt. Nach 3 h wurde der Austausch als vollständig angesehen, so daß eine wäßrige Salz-Lösung mit 30 Gew.-% K&sub2;CO&sub3; eine 0,00127 cm dicke, im Inneren der Folie immobilisierte Flüssigmembran bildete.

Die eine im Inneren der hydrophoben mikroporösen CELGARD®- Folie immobilisierte, eine wäßrige flüssige Salz-Lösung umfassende immobilisierte Flüssigmembran wurde in eine Permeationszelle 1 gebracht, und die Trenncharakteristika wurden wie im vorstehenden untersucht. ΔP(N&sub2;) betrug 543,2 cm Hg (724 kPa), und ΔP(CO&sub2;) betrug 54,40 cm Hg (73 kPa). Es wurde gefunden, daß R(N&sub2;) um nahezu einen Faktor 10 auf 0,28 · 10&supmin;³ cm³/s unter Standard-Bedingungen drastisch erniedrigt war, während R(CO&sub2;) marginal auf 4,24 · 10&supmin;³ cm³/s unter Standard-Bedingungen erniedrigt worden war. Der Trennfaktor αCO&sub2;-N&sub2; wurde dramatisch auf 151,4 erhöht.

Die Prinzipien, bevorzugten Ausführungsformen und Arbeitsweisen der vorliegenden Erfindung sind in der vorangehenden Beschreibung beschrieben. Die Erfindung, die hierin geschützt werden soll, ist jedoch nicht so zu verstehen, daß sie auf die besonderen offenbarten Formen beschränkt ist, da diese eher als erläuternd denn als einschränkend anzusehen sind. Der Fachmann kann Variationen und Änderungen vornehmen, ohne dadurch vom Umfang der Erfindung abzuweichen.


Anspruch[de]

1. Einlagige immobilisierte Flüssigmembran mit hoher Beständigkeit gegen eine Überdruck-Differenz, umfassend einen einlagigen hydrophoben mikroporösen Träger und eine innerhalb des Trägers immobilisierte wäßrige Flüssigmembran, wobei die immobilisierte Flüssigmembran das Mittel bildet, das ermöglicht, daß eine Species einer gasförmigen Speisemischung auf einer Seite des Trägers vorzugsweise durch den Träger zu einem Gas auf der anderen Seite des Trägers durchdringt, dadurch gekennzeichnet, daß die immobilisierte Flüssigmembran ultradünn ist und mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt ist, das die folgenden Schritte umfaßt:

(a) In-Berührung-Bringen eines einlagigen hydrophoben mikroporösen Trägers mit einer 40 bis 95 Vol.-% einer Austausch-Komponente enthaltenden wäßrigen Lösung, bis ein stationärer Zustand erreicht ist;

(b) Entfernen des Trägers aus der wäßrigen Lösung;

(c) In-Berührung-Bringen des Trägers mit Wasser, bis ein stationärer Zustand erreicht ist;

(d) Entfernen des Trägers aus dem Wasser;

(e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d), bis eine Wasser-Membran im wesentlichen innerhalb der gesamten Dicke des Trägers immobilisiert ist; und

(f) teilweises Reduzieren der Dicke der im Inneren des Trägers immobilisierten Membran durch

(i) Errichten eines Gradienten des Feuchtigkeits- Partialdrucks zwischen wenigstens einer Oberfläche des Trägers und einem mit dieser einen Oberfläche in Berührung befindlichen Gas, und

(ii) Aufrechterhalten des Gradienten des Feuchtigkeits-Partialdrucks während einer Zeitdauer, die ausreicht, um einen Teil der Flüssigmembran verdampfen zu lassen, um dadurch ihre Dicke teilweise zu reduzieren.

2. Immobilisierte Flüssigmembran nach Anspruch 1, worin das Wasser der Flüssigmembran durch eine wäßrige Salz-Lösung ersetzt ist.

3. Immobilisierte Flüssigmembran nach Anspruch 2, worin die wäßrige Salz-Lösung ein Ion oder eine Mischung aus Ionen enthält, die den selektiven Durchgang gasförmiger Moleküle durch die Membran fördern.

4. Immobilisierte Flüssigmembran nach Anspruch 3, worin die wäßrige Salz-Lösung Ionen enthält, die aus CO&sub3;&supmin;² HCO&sub3;&supmin;¹, ClO&sub4;&supmin;¹, Cl&supmin;¹, I&supmin;¹, SO&sub4;&supmin;², HPO&sub4;&supmin;², PO&sub4;&supmin;³, NO&sub3;&supmin;¹, S&supmin;² und deren Mischungen ausgewählt sind.

5. Immobilisierte Flüssigmembran nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin der hydrophobe Träger aus einem Material besteht, das von Wasser nicht spontan benetzt wird.

6. Immobilisierte Flüssigmembran nach Anspruch 5, worin der hydrophobe mikroporöse Träger aus einem Material besteht, das aus Polypropylen, Polyethylen, Polytetrafluorethylen, Polystyrol, Polyvinylidenfluorid und Polyvinylfluorid ausgewählt ist.

7. Immobilisierte Flüssigmembran nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, worin der hydrophobe mikroporöse Träger mikroporöse Hohlfasern umfaßt.

8. Immobilisierte Flüssigmembran nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, worin der hydrophobe mikroporöse Träger eine mikroporöse dünne Folie umfaßt.

9. Einlagige immobilisierte Flüssigmembran mit hoher Beständigkeit gegen eine Überdruck-Differenz, umfassend einen hydrophoben mikroporösen Träger und eine innerhalb des Trägers immobilisierte wäßrige Flüssigmembran, so daß diese nicht aus jenem herausgestoßen wird, wenn über sie hinweg eine hohe Überdruck- Differenz angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die immobilisierte Flüssigmembran ultradünn ist und eine im Vergleich zu dem Träger, in dem die Flüssigmembran vor dem Anlegen der hohen Überdruck-Differenz immobilisiert ist, reduzierte Dicke besitzt, wobei die immobilisierte Flüssigmembran mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt ist, das die folgenden Schritte umfaßt:

(a) In-Berührung-Bringen eines einlagigen hydrophoben mikroporösen Trägers mit einer 40 bis 95 Vol.-% einer Austausch-Komponente, die den Träger spontan durch die wäßrige Lösung benetzbar macht, enthaltenden wäßrigen Lösung, und Aufrechterhalten der Berührung zwischen dem Träger und der wäßrigen Lösung, bis ein stationärer Zustand erreicht ist;

(b) dann anschließend das In-Berührung-Bringen des Trägers mit Wasser ohne nennenswertes Trocknen der Oberfläche, bis ein stationärer Zustand erreicht ist;

(c) Wiederholen der Schritte (a) bis (b), bis eine Wasser-Membran im wesentlichen innerhalb der gesamten Dicke des Trägers immobilisiert ist; und

(f) teilweises Reduzieren der Dicke der Flüssigmembran, im Vergleich zu der Dicke des Trägers, in dem die Membran immobilisiert ist, durch Errichten eines Gradienten des Feuchtigkeits-Partialdrucks zwischen wenigstens einer Oberfläche des Trägers und einem mit dieser in Berührung befindlichen Gas und Aufrechterhalten des errichteten Gradienten des Feuchtigkeits-Partialdrucks während einer Zeitdauer, die ausreicht, um einen Teil der Flüssigmembran verdampfen zu lassen, um dadurch ihre Dicke teilweise zu reduzieren.

10. Verfahren zur Herstellung einer einlagigen ultradünnen immobilisierten Flüssigmembran mit hoher Beständigkeit gegen eine Überdruck-Differenz, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) In-Berührung-Bringen eines einlagigen hydrophoben mikroporösen Trägers mit einer 40 bis 95 Vol.-% einer Austausch-Komponente enthaltenden wäßrigen Lösung, bis ein stationärer Zustand erreicht ist;

(b) Entfernen des Trägers aus der wäßrigen Lösung;

(c) In-Berührung-Bringen des Trägers mit Wasser, bis ein stationärer Zustand erreicht ist;

(d) Entfernen des Trägers aus dem Wasser;

(e) Wiederholen der Schritte (a) bis (d), bis eine Wasser-Membran im wesentlichen innerhalb der gesamten Dicke des Trägers immobilisiert ist; und

(f) teilweises Reduzieren der Dicke der im Inneren des Trägers immobilisierten Membran durch

(i) Errichten eines Gradienten des Feuchtigkeits- Partialdrucks zwischen wenigstens einer Oberfläche des Trägers und einem mit dieser einen Oberfläche in Berührung befindlichen Gas, und

(ii) Aufrechterhalten des Gradienten des Feuchtigkeits-Partialdrucks während einer Zeitdauer, die ausreicht, um einen Teil der Flüssigmembran verdampfen zu lassen, um dadurch ihre Dicke teilweise zu reduzieren.

11. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin umfassend den Schritt

(g) des In-Berührung-Bringens des Trägers mit einer wäßrigen Salz-Lösung, bis eine Membran aus der wäßrigen Salz-Lösung die Wasser-Membran in dem Träger ersetzt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, worin nach dem Schritt (e) und vor dem Schritt (f) der Träger in eine wäßrige Salz- Lösung gebracht wird, bis eine Membran aus der Salz- Lösung die im Inneren des Trägers immobilisierte Wasser- Membran ersetzt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, worin die wäßrige Salz-Lösung ist, wie sie in Anspruch 3 oder 4 definiert ist.

14. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 13, worin die Austausch-Komponente eine beliebige, mit Wasser mischbare Flüssigkeit oder eine Mischung solcher Flüssigkeiten umfaßt, die, wenn sie mit Wasser vermischt wird, den Träger spontan mit Wasser benetzbar macht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, worin die Austausch-Komponente aus Ethylalkohol, Methylalkohol und Aceton ausgewählt ist.

16. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 15, worin der Träger aus mikroporösen Hohlfasern und mikroporösen dünnen Folien ausgewählt ist.

17. Verfahren nach Anspruch 10, worin Gas mit beiden Oberflächen des Trägers in Berührung steht und worin ein Feuchtigkeits-Partialdruck-Gradient zwischen jeder Oberfläche des Trägers und dem jeweiligen, mit ihr in Berührung stehenden Gas errichtet wird.

18. Verfahren zur Herstellung einer einlagigen ultradünnen immobilisierten Flüssigmembran, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) In-Berührung-Bringen eines einlagigen hydrophoben mikroporösen Trägers mit einer 40 bis 95 Vol.-% einer Austausch-Komponente, die den Träger spontan durch die wäßrige Lösung benetzbar macht, enthaltenden wäßrigen Lösung, und Aufrechterhalten der Berührung zwischen dem Träger und der wäßrigen Lösung, bis ein stationärer Zustand erreicht ist;

(b) dann anschließend das In-Berührung-Bringen des Trägers mit Wasser ohne nennenswertes Trocknen der Oberfläche, bis ein stationärer Zustand erreicht ist;

(c) Wiederholen der Schritte (a) bis (b), bis eine Wasser-Membran im wesentlichen innerhalb der gesamten Dicke des Trägers immobilisiert ist; und

(d) teilweises Reduzieren der Dicke der Flüssigmembran, im Vergleich zu der Dicke des Trägers, in dem die Membran immobilisiert ist, durch Errichten eines Gradienten des Feuchtigkeits-Partialdrucks zwischen wenigstens einer Oberfläche des Trägers und einem mit dieser in Berührung befindlichen Gas und Aufrechterhalten des errichteten Gradienten des Feuchtigkeits-Partialdrucks während einer Zeitdauer, die ausreicht, um einen Teil der Flüssigmembran verdampfen zu lassen, um dadurch ihre Dicke teilweise zu reduzieren.







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