Development in advanced separation processes leads to the significant advancement in polymeric membrane preparation methodology. Therefore, present research investigated the preparation and characterization of cellulose acetate membrane by phase inversion separation method to determine optimized operating parameters. Prepared CA membrane's performance was been analyzed in terms of % rejection and flux. Investigation was conducted to study effect of different parameters such as polymer concentration, evaporation rate, thickness of film, coagulation bath properties, temperature of polymer solution and of the coagulation bath etc. CA membrane was fabricated by taking polymer concentration 10wt% and 11wt% with zero second evaporation time and varying film thickness over non-woven polyester fabric. Effect of coagulation bath temperature (CBT) and casting solution temperature were also been studied. The experimental results from SEM showed that the surface morphology had been changed with polymer r concentration, coagulation bath and casting solution temperature, etc. Lower polymer concentration leads to lower precipitation time giving porous membrane. The prepared membrane was tested for advanced waste water treatment of relevant effluent stream in pilot plant to study flux and rejection behavior of the membrane.
Polyvinylidene fluoride (PVDF) hollow fiber membrane is widely used for water treatment. However, the weak mechanical strength of PVDF limits its application. To enhance its tensile strength, a double-layer composite hollow fiber membrane, with PVDF and polyetherimide as the external and inner layers, respectively, was successfully prepared through phase inversion technique. The effects of additive content, air gap distance, N,N-dimethyl-acetamide content in the inner core liquid, and the temperature of external coagulation bath on the membrane structure, permeation flux, rejection, tensile strength, and porosity were determined. Experimental results showed that the optimum preparation conditions for the double-layer composite hollow fiber membrane were as follows: PEG-400 and PEG-600, 5 wt%; air gap distance, 10 cm; inner core liquid and the external coagulation bath should be water; and temperature of the external coagulation bath, 40 C. A single layer PVDF hollow fiber membrane (without PEI layer) was also prepared under optimum conditions. The double-layer composite membrane remarkably improved the tensile strength compared with the single-layer PVDF hollow fiber membrane. The permeation flux, rejection, and porosity were also slightly enhanced. High-tensile strength hollow fiber PVDF ultrafiltration membrane can be fabricated using the proposed technique.
Calcium alginate fiber were prepared by wet spinning of various conditions, including different concentrations of sodium alginate solution and $CaCl_2$ concentrations for coagulating the fiber through an absorption of calcium ion. The absorption of calcium ion during the coagulating step lead to solidify the fibers by the replacement of sodium ion with calcium ion to produce some crosslinking. The concentration of calcium ion in the calcium alginate fiber seems to be well related to the mechanical and physical property of the fiber, such as fiber strength moisture regain, and degree of swelling. The tensile strength of calcium alginate fiber was increased along with the increasing amount of sodium alginate solution. According to EDS analysis, 7 wt% $CaCl_2$ coagulation bath resulted in more calcium ion in the fiber compared to 3 wt% $CaCl_2$ coagulation bath. The decomposition temperature of calcium alginate fiber was $199^{\circ}C$, which $14^{\circ}C$ higher than that of sodium alginate.
In this study, we prepared PVDF membranes via TIPS for water treatment applications. PVDF was used for its excellent chemical and mechanical properties. The effect of coagulation bath composition, temperature, and heat capacity on the overall membrane morphology was studied and observed using SEM. A mixture of DOP and DBP was used as the diluent, and silica was used as an additive. It was observed that as the heat capacity of the coagulation bath increased, the crystallization rate of PVDF decreased yielding larger pores. Also, as the heat capacity of the coagulation bath decreased, the crystallization rate of PVDF increased yielding smaller pores.
Cellulose was electrospun over water collector and the cellulose solution was prepared using N-methyl-morpholine N-oxide/water(nNMMO/$H_2O$). The morphology of electrospun cellulose was investigated by scanning electron microscopy (SEM). SEM images showed that the fiber formation depended on processing parameters such as solution concentration, applied electric field strength, solution feeding rate and temperature of water in coagulation bath. High concentration, low temperature of water bath, and low feeding rate were more favorable to obtain fiber morphology. All the variables affected on the fluidity of the cellulose solution and diffusion of NMMO. Low fluidity and fast diffuision of NMMO was critical for obtaining fiber morphology.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1995.10a
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pp.5-9
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1995
In the dry-jet-wet-spinning process of a hollow fiber membrane, the polymer solution is pumped into a coaxial tube, jet spinneret. The threadline emerging from the spinneret is stabilized by an internal coagulating medium(liquid or gas) as it emerges from the jet orifice. The nascent hollow thread is further stabilized in a quench bath as shown in Fig. 1. In this scheme, three mechanism of formatiota(temperature gradient, solvent evaporation, and solvent-nonsotvent exchange) can be combined. The changes which promote stabilization often play a dominant role in determining the ultimate fiber wall structure as well. Hence, in pratice, hollow fiber stabilization and development of membrane structure are commonly inseparable. However, fiber dimension(the inside diameter and wall thickness of the hollow fiber) is mainly a rheological problem and is determined by dope pumping rate, spinneret diatance from the coagulation bath, inner coagulant flow rate, and fiber draw-rate. Besides rheological phenomena play a prominent part in the final properties of the hollow fiber.
Tewfik, Shadia R.;Sorour, Mohamed H.;Shaalan, Hayam F.;Hani, Heba A.
Membrane and Water Treatment
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v.9
no.1
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pp.43-51
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2018
Hollow fiber (HF) membranes are gaining wide interest over flat membranes due to their compaction and high area to surface volume ratio. This work addresses the fabrication of HF from polysulfone (PS) and polyethersulfone (PES) using N-methylpyrrolidone (NMP) as solvent in addition to other additives to achieve desired characteristics. The semi-pilot spinning system includes jacketed vessel, four spinneret block, coagulation and washing baths in addition to dryer and winder. Different parameters affecting dry-wet spinning phase inversion process were investigated. Dope compositions of PES, NMP and polyvinyl pyrrolidone (PVP) of varying molecular weights as additive were addressed. Some critical parameters of importance were also investigated. Those include dope flow rate, air gap, coagulation & washing baths and drying temperatures. The measured dope viscosity was in the range from 1.7 to 36.5 Pa.s. Air gap distance was adjusted from 20 to 45 cm and coagulation bath temperature from 20 to $46^{\circ}C$. The HF membranes were characterized by scanning electron microscope (SEM), atomic force microscope (AFM) and mechanical properties. Results indicated prevalence of finger like structure and average surface roughness from about 29 to 78.3 nm. Profile of stress strain characteristics revealed suitability of the fibers for downstream interventions for fabrication of thin film composite membrane. Different empirical correlations were formulated which enable deeper understanding of the interaction of the above mentioned variables. Data of pure water permeability (PWP) confirmed that the fabricated samples fall within the microfiltration (MF)-ultrafiltration (UF) range of membrane separation.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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1998.10a
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pp.109-111
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1998
TIPS 공정에 의한 고분자막 제조기술은 기존의 적정용매가 없어서 분리막 소재로 상용할 수 없었던 결정성 고분자 및 고강도 엔지니어링 플라스틱 등에 대하여 소재의 폭을 넓힐 수 있고 적정 희석제와의 혼합으로 고분자 소재의 용융점을 강화 시킬 수 있어 가공온도의 제약을 어느정도 해결할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한 TIPS 공정에 의해 제조되는 고분자 matrix, 혹은 고분자 막의 미세구조는 선택된 고분자와 희석제의 종류 및 상분리 mechanism에 따라 크게 달라지므로 이들 제조 변수의 적절한 조절을 할 수 있다. 본 연구에서는 열유도 상분리 공정과 연신공정을 통해 몇가지 제조변수를 조절하여 미세다공성 중공사막을 제조하였다. 고분자-희석제 용융액의 melt viscosity를 변화시켜 보았고, 희석제의 추출 후 열처리를 하여 이에 따른 영향을 알아보았다. 상분리 속도가 막의 구조 및 성능에 미치는 영향을 알아보기 위해 coagulation bath temperature를 변화시켜 보았으며, 몇가지 종류의 coagulant를 사용하여 막을 제조한 후 성능을 측정해 보았다. 또한 기존의 상업용 막과 성능 및 구조를 비교하여 보았다.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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2003.07a
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pp.107-114
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2003
This study investigated the effect of 2-methoxy ethanol (2-Me) non-solvent as additive included in casting solution. Macroporous polymer membranes were prepared by using polyethersufone (PES)/N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)/2-Me casting solution and water coagulant. The phase separation co-process of the vapor-induced phase separation (VIPS) and liquid-induced phase separation (LIPS) were used by means of membrane preparation method. The pore size and pore size distribution were controlled with additive (non-solvent), and measured with Automated Perm Porometer. By increasing additive (non-solvent) in the casting solution, the membranes produced changed from finger structure to sponge structure. That is due to the different diffusion rates. At slow diffusion process, sponge-like structure was formed and at fast diffusion process, finger-like structure was formed. Also relative humidity, evaporation time, temperature of casting solution and coagulation bath etc. had effects on the pore size distribution and the porosity of the membrane.
Hollow fiber membranes were prepared via thermally-induced phase separation process followed by stretching process from isotactic polypropylene and soybean oil system. Various operating parameters were examined in terms of their effects on the structure variation and performances of the membrane, and were optimized. Melt viscosity of the melt sample had influence on the formation of the microfibrils, and addition of nucleating agent increased the nucleation density to enhance the interspherulitic pore formation by stretching. Annealing the membrane at its stretched state relaxed the stress induced by stretching and helped the membrane maintain the stretched structure without shrinking. Solid-liquid Phase separation is more prevalent when the nucleating agent was added, and coagulation bath temperature determined the nucleation density, which affected the pore formation by stretching. In the absence of nucleating agent, nucleation was not effective and liquid-liquid phase separation governed the structure formation, which showed the opposite trend to that of the case with nucleating agent.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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