以六-和八氰合金属盐官能化的支承膜,其制备方法和使用其的分离方法_3

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空白"膜)(B) (实施例1)。
[0135] 该波长(cnT1)在X轴中和透射率(%)在Y轴中进行绘制。
[0136] -附图7是显示在实验中试过滤装置中进行的在包含0.1 mMol/L浓度(13ppm)的 硝酸铯的超纯水过滤的试验、测试期间在渗透液(B)、持留物(C)和容器(A)中被提取的铯 浓度作为时间函数的进行变化的曲线。
[0137] 该测试(实施例2)使用本发明的支承膜,即以六氰合高铁酸盐铜的纳米颗粒官能 化的在TiO 2Ai2O3支承体上的Tio2膜(在实施例1中制备的膜)进行实施。
[0138] 该Cs浓度(ppm)在Y轴中和时间(小时)在X轴中进行绘制。
[0139] -附图8是显示在实验中试过滤装置中在使用本发明的支承膜(即以六氰合高铁 酸盐镍的纳米颗粒官能化的在TiO2Al 2O3支承体上的TiO 2膜)过滤包含0.1 mMol/L浓度 (13ppm)的硝酸铯的超纯水的试验测试期间,在渗透液(B)、持留物(C)和容器(A)中提取 的铯的浓度作为时间函数的进行变化的曲线(实施例4)。
[0140] 该Cs浓度(ppm)在Y轴中和时间(小时)在X轴中进行绘制。
【具体实施方式】
[0141] 本发明现在在下面进行更详细地描述,特别参考用于制备根据本发明的支承膜的 方法。
[0142] 该方法的第一步在于提供在无机固体多孔支承体上支承的无机多孔膜。
[0143] "膜"通常表示呈由两个通常平行的主要表面限定的层的形式的物体或者部件。膜 可以被认为是形成在一方面待处理和纯化的流体和另一方面经处理纯化的流体之间的界 面的选择性阻挡层。
[0144] 进一步地规定,如在本文中与膜或者膜支承体相关使用的术语"多孔"表示这种支 承体包含孔隙或者空隙。
[0145] 因此,这种多孔膜或者这种多孔支承体的密度低于无孔膜或者无孔支承体(其因 此可以被称为作为实体膜或者实体支承体)的理论密度。
[0146] 该孔隙可以是连通的或者隔离的但是在本发明的多孔膜和该多孔支承体中大多 数孔隙是连通的,是相通的。这时称为"开放孔隙"或者互通孔隙。
[0147] 通常,在本发明的多孔膜和多孔支承体中,孔隙是渗流孔隙,其使所述膜或者所述 支承体的第一主要表面与所述膜或者所述支承体的通常与所述第一主要表面平行的第二 主要表面连通。
[0148] 在本发明的意义中,膜或者支承体通常被认为是多孔的,当它的密度最多为它的 理论密度的约95%时。
[0149] 通常,该滤膜的孔隙度是10%至80%体积,优选地25%至50%体积。
[0150] 这种孔隙度通常通过氮吸附或者通过水银孔率测定法(在微滤膜的情况下)进行 测量。
[0151] 该支承体的孔隙度通常可以是10%至50%体积,优选地25%至50%体积。
[0152] 滤膜的厚度通常为0. 1至100微米,优选地2至50微米。
[0153] 该滤膜的孔隙的平均尺寸,其在圆截面的孔隙的情况下是它们的平均直径,通常 根据在希望被分离的在待处理的液体,如溶液中包含的固体颗粒的尺寸进行选择。
[0154] 因此,该滤膜可以是具有2至0. 1微米,例如0. 1微米,0.2微米,0.45微米或者0.8 微米平均孔尺寸的微滤膜;具有1纳米至100纳米,例如10纳米至100纳米的平均孔尺寸 (对应于300至lkDa,例如15, 50,150,或者300kDa的截止阈值)的超滤膜;或者具有低于 Inm平均孔尺寸的纳滤膜。
[0155] 该滤膜可以仅仅包含单一层但是它通常包含数个层,例如2至10个层。
[0156] 因此,微滤膜通常包含1至4个层。
[0157] 这种滤膜,例如超滤膜,通常具有不对称结构,该不对称结构具有从支承体朝向与 待过滤的液体保持接触的活性表面降低的孔径。
[0158] 该膜可以具有通过氮吸附或者通过水银孔率测定法(在微滤膜的情况下)进行测 量的1至500m 2/克,优选地5至150m2/克的比表面积。
[0159] 该支承体通常具有比膜更大的孔径。该支承体孔隙的平均尺寸通常为1至15微 米,理想地4至6微米。
[0160] 该支承体可以具有通过氮吸附或者通过水银孔率测定法(在微滤膜的情况下)进 行测量的1至500m 2/克,优选地1至IOOm2/克的比表面积。
[0161] 根据本发明,该膜和它的支承体是无机膜和支承体。
[0162] 无机膜和支承体的优点已经在上面进行了阐述。
[0163] 该滤膜可由至少一种金属氧化物或者准金属氧化物组成。
[0164] 优选地,所述氧化物选自A1203、Si02、Zr0 2、TiO2和它们的混合物。
[0165] 有利地,该支承体可以由选自以下的材料组成:金属氧化物,准金属氧化物和它们 的混合物,如Ti0 2、Zr02、A1203、Si02、Y20 3、CaO、MgO,和它们的混合物;金属碳化物,准金属 碳化物,如SiC,和它们的混合物;硅酸盐,如富铝红柱石类型(硅酸铝)和堇青石类型(硅 酸铝铁镁)的化合物,和它们的混合物;金属钛酸盐,如铝假板钛矿(钛酸铝),准金属钛酸 盐和它们的混合物;和它们的混合物。
[0166] 优选地,支承体由Ti02、Al2O3或者其混合物组成,和该膜由ZrO 2、TiO2或者其混合 物组成。
[0167] 该膜可以设想不同的形状。
[0168] 该膜可以是平面膜,即它呈板形式,在这样情况下,该支承体也是平面的,或该膜 可以是管状膜,即它呈管形状。
[0169] 这种管可以具有直(恒定)的呈圆圈形(直圆筒),椭圆形,多角形(例如三角形, 六角形或者正方形)形式的横截面。
[0170] 该管状膜由同样是管状的支承体围绕。
[0171] 该支承体可以是条块或者整料,其形状通常是旋转圆筒形式,在其中限定了数个 具有通常为圆形或者多边形(例如三角形的,正方形或者六角形)的横截面并与所述圆筒 轴平行的通道。
[0172] 这个通道或者这些通道的内壁在它的整个表面上用无机层涂覆,该无机层形成一 个或多个管状膜。
[0173] 在本发明范围中特别适合的膜是可以从Orelis Environnment以商标名 Kleansep?获得的膜。
[0174] 它是形成支承体的包含通道的陶瓷整料,该通道的内表面被提供有膜涂层。
[0175] 在下面表1给出了可用于本发明范围中的Kleansep?膜的特征。
[0176] 轰1
[0178] 这些膜可以使用氧化剂进行杀菌并且它们对溶剂和辐射不敏感。
[0179] 它们可以用于微滤,超滤或者纳滤。
[0180] 现在对于有机接枝体的化学结合和氰基配体配位聚合物的纳米颗粒(其与该滤 膜的表面、在该滤膜的孔隙的内部和在任选地支承体的孔隙的内部的这些接枝体连接)的 制备所描述的步骤基本上与在Folch等人的文件[6]和在文件W0-A2-2010/133689[l]中 所描述的工艺的步骤相似,然而具有的差异是在这些文件中使用的多孔支承体不是膜和任 选地膜支承体,而是分别地由中孔性二氧化硅或者多孔玻璃制备的特定多孔支承体,还具 有的差异是根据本发明这些步骤、这种接枝可以以动态模式进行实施,例如直接地在用于 实施在下面描述的分离方法的装置,例如允许更大的化学结合能力的中试过滤装置内实 施。
[0181] 特别地关于在这些步骤中使用的反应剂和操作条件,以及对于这些纳米颗粒的描 述和它们经由接枝体在孔隙的表面上的连接,可以参看这些文件。
[0182] 在第一步中,实施该有机接枝体,也被称为有机络合物,在该滤膜的表面上,在该 滤膜的孔隙的内部和任选地在支承体的孔隙的内部的化学结合。
[0183] 这种步骤还可以被称为官能化步骤(参见图1和2)。
[0184] 换言之,在这种第一步期间该有机络合物被接枝到该滤膜的表面,该滤膜的孔隙 的内部和任选地支承体的孔隙的内部。该有机接枝体包含可以被称为纳米颗粒结合官能团 的有机基团。
[0185] 纳米颗粒结合官能团是能与Mn+阳离子形成有机金属键或者配位键的基团,换言 之能够与M n+阳离子络合的基团。
[0186] 这种有机基团的实例已经在上面被提到。
[0187] 特别地可以提到含氣有机基团,含氧有机基团和含憐有机基团。
[0188] 优选的有机基团是如附图1和2所示的双齿二氨基亚乙基。
[0189] 该有机基团,结合官能团,可以直接地被结合到该滤膜的表面,该滤膜的孔隙的内 部,和任选地支承体的孔隙的内部,但是它通常经由固定基团与该滤膜的表面,该滤膜的孔 隙的内部和任选地支承体的孔隙的内部进行化学连接、结合,该固定基团通常经由共价键 与该滤膜的表面、该滤膜的孔隙的内部和任选地支承体的孔隙的内部化学固定连接。
[0190] 该接枝体因此包含有机基团(也被称为结合官能团),和确保接枝体与该滤膜的 表面,该滤膜的孔隙的内部,和任选地支承体的孔隙的内部共价结合的基团。
[0191] 通常,该有机接枝体的结合官能团和固定基团通过臂(连接基团)如具有2至6 个碳原子的直链亚烷基,如-(CH 2)2-基团进行连接(参见附图1和2)。
[0192] 确保该接枝体的共价结合的基团可以选自娃烷基团,如二烷氧基娃烷基团,例如 三乙氧基甲硅烷或者三甲氧基甲硅烷基团,和选自膦酸酯基团如二烷基膦酸酯基团,例如 二乙基膦酸酯(参见附图1和2)。
[0193] 硅烷和膦酸酯基团通过与通常存在于该滤膜的表面、该膜的孔隙的内部和支承体 的孔隙的内部的羟基反应允许该接枝体的共价结合。在一方面该滤膜的表面、该滤膜的孔 隙的内表面和任选地该支承体的孔隙的内表面和另一方面接枝体之间的键这时是如在附 图1、2和3中显示的-O-Si键或者-O-P键。
[0194] 在其表面和孔隙的内表面基本上由二氧化硅组成的滤膜或者其孔隙的内表面基 本上由二氧化硅组成的支承体的情况下,确保接枝体的共价结合的基团与在膜的表面上、 在滤膜的内表面上的硅烷醇基和任选地在该支承体的内表面上的硅烷醇基进行反应。
[0195] 在其表面和孔隙的内表面基本上由氧化钛和/或氧化锆组成的膜或者其孔隙的 内表面基本上由氧化钛和/或氧化锆组成的支承体的情况下,结合优选地借助于膦酸酯基 团得到,其因此允许在接枝步骤期间使用水溶液。
[0196] 为了获得接枝体在该滤膜的表面上、该滤膜的孔隙的内部和任选地支承体的孔隙 的内部的结合,因此使这种膜和这种膜支承体与包含所述结合官能团,能够通过共价与该 滤膜的表面、该滤膜的孔隙的内部和任选地支承体的孔隙的内部化学结合的固定基团,和 任选地连接基团的化合物接触(为了简化,术语接枝体用来表示在结合之前的这种化合物 和在结合之后的这种化合物),该连接基团使所述结合官能团与固定基团连接。
[0197] 如已经看见的,这种固定基团可以选自三烷氧基硅烷基团或者二烷基膦酸酯基 团,其与可在该滤膜的表面上、在该滤膜的孔隙的内部和在支承体的孔隙的内部存在的羟 基反应。
[0198] 通常,通过使支承膜(即在支承体上的滤膜)与所述包含结合官能团、固定基团和 任选地连接基团的化合物在溶剂中的溶液接触。
[0199] 因此可以使该膜和膜支承体与双齿胺膦酸酯(参见图2)的溶液或者(在吡啶的 情况下)与(CH 3O)3Si (CH2)2C5H4N在溶剂中的溶液接触。
[0200] -种用于双齿胺膦酸酯的优选溶剂是蒸馏水或者超纯水,用于 (CH3O) 3Si (CH2) 2C5H4N的优选溶剂是甲苯。
[0201] 可以以动态模式实施该接触,即使该膜和膜支承体和在闭合管线中循环的化合物 的溶液流接触。
[0202] 或可以以"静态模式"实施该接触。例如,将该膜和膜支承体放置于包含在回流下 的溶液和溶剂的容器中。
[0203] 以动态模式,该接触时间通常为4-96小时,例如96小时,和以静态模式,为
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