Polymeerien erotus ultrasuodatuksella

Työssä selvitettiin suodatusolosuhteiden vaikutusta neutraalien polymeerien pidättymiseen niiden vesiliuoksia suodatettaessa. Suodatuksissa käytettiin kahta regeneroidusta selluloosasta valmistettua ultrasuodatuskalvoa (Microdyn-Nadir UC 030T ja JSC STC Vladipor C 30V). Malliaineina käytettiin polyetyleeniglykolia ja dekstraania. Kirjallisuusosassa esiteltiin aluksi lyhyesti ultrasuodatus erotusmenetelmänä. Lisäksi käsiteltiin ultrasuodatuskalvojen huokoskoon karakterisointimenetelmiä ja selvitettiin polymeerien erottumiseen ultrasuodatuksen aikana vaikuttavia tekijöitä. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin paineen ja virtausnopeuden vaikutusta malliaineiden pidättymiseen ultrasuodatuskalvoilla. Lisäksi pyrittiin löytämään suodatusolosuhteet, joissa toinen aineista läpäisisi suodatuskalvon lähes täydellisesti toisen konsentroituessa syöttöliuokseen. Työssä myös määritettiin tutkimuksissa käytetyille kalvoille katkaisukoko, joka kuvaa kalvon kykyä pidättää moolimassaltaan erikokoisia molekyylejä. Lisäksi kokeellisessa osassa selvitettiin työssä käytettyjen kalvojen tasalaatuisuutta vertailemalla keskenään samanlaisissa suodatusolosuhteissa eri kalvopaloilla tehtyjen suodatusten tuloksia. Työssä saatiin erotettua kaksi lähes samankokoista malliaineeksi valittua neutraalia polymeeriä toisistaan siten, että toinen aine pidättyi kalvolla huomattavasti toista ainetta paremmin. Parhaimpaan erotustulokseen päästiin, kun permeaattivuo kalvon läpi oli noin 400 l/(m2 h). Tällöin suodatuspaine oli noin 2 bar ja virtausnopeus alle 2 m/s. Työn aikana määritettyjen katkaisukokojen havaittiin poikkeavan huomattavasti kalvojen valmistajien ilmoittamista arvoista, mutta olevan kuitenkin samaa suuruusluokkaa kuin muiden tutkimusryhmien vastaaville ultrasuodatuskalvoille esittämät arvot. Työn tulosten perusteella C 30V olisi hieman tasalaatuisempi kalvo kuin UC 030T.

In this study, the effect of operating parameters on the retention of neutral polymers was examined when the water solution of the polymer mixtures was filtered. Two ultrafiltration membranes (Microdyn-Nadir UC 030T and JSC STC Vladipor C 30V), which were made of regenerated cellulose, were used in this study. Polyethylene glycol and dextran were used as model compounds. In the literature part of the thesis the ultrafiltration as a separation method, the characterization of ultrafiltration membranes and the effects of operating parameters on flux and retention were reviewed. In the experimental part of the thesis, the effects of filtration pressure and cross-flow velocity on retention of PEG and dextran were studied. In addition, the conditions where two polymers from a mixture could be separated into different fractions were determined. Also the cut-off values of the studied membranes were measured. According to the filtration results, it seems that it is possible to separate two neutral polymers with almost the same molar mass by ultrafiltration. The best result was reached when the filtration pressure was about 2 bar and the cross-flow velocity 2 m/s or below. The measured cut-off values were remarkably lower than those reported by the manufacturers. The values were still very close to the results presented in the literature. The C 30 V membrane seemed to be a bit more homogenous than the UC 030T membrane.