Список тематических статей

Мембраны разделительные (полупроницаемые, селективно-проницаемые мембраны)

Представляют собой пленки, пластины, трубки и полые нити, изготовленные из стекла, металла, керамики, полимеров.

Наиболее практическое значение имеют полимерные разделительные мембраны, например из целлюлозы и ее эфиров, полиамидов, полисульфонов, полиолефинов и большинства других известных полимеров.

Различают в основном разделительные мембраны: монолитные (сплошные, диффузионные), проницаемость которых связана с диффузией газов или жидкостей в объеме мембраны (поры отсутствуют); пористые с системой сквозных сообщающихся пор постоянного размера; асиметричные (двухслойные, анизотропные), состоящие из пористого высокопроницаемого слоя (подложки) и тонкого селективного слоя – мелкопористого или монолитного (толщина его может составлять около 0,25% общей толщины разделительных мембран).

Имеются также составные (композитные) разделительные мембраны, состоящие из основы (обычно пористой мембраны), на которую нанесен один или несколько селективных слоев (монолитных или мелкопористых), отличающихся по химической природе от материала подложки. Их изготовляют с целью повышения прочности мембран и придания им проницаемости для определенных компонентов разделяемой смеси.

Динамические разделительные мембраны образуются, когда на поверхность пористой основы подается разделяемая смесь, содержащая диспергированные частицы, например гидроксидов металлов, полимеров. Частицы образуют на основе слой, находящийся в динамическом равновесии с частицами, диспергированными в смеси, и обеспечивающий селективность разделения.

Разделительные мембраны подразделяют также на неионогенные и ионитовые.

Для монолитных разделительных мембран характерна диффузионная проницаемость, для пористых – фазовая (то есть через поры проходит вещество в виде газообразной или жидкой фазы).

Монолитные разделительные мембраны получают формованием из растворов (по сухому способу) или расплавов полимеров, а также прессованием полимерных материалов и металлических порошков.

Пористые разделительные мембраны получают:

1) Формованием из растворов полимеров по мокрому способу или испарением из сформованных жидких пленок (нитей) растворителя. В последнем случае в формовочный раствор предварительно вводят осадитель, давление паров которого ниже, чем у растворителя (метод спонтанного гелеобразования). С удалением растворителя раствор распадается на фазы, в результате чего образуется пористая структура.

2) Из монолитных полимерных разделительных мембран – вытягиванием их в специальных условиях. Облучением тяжелыми атомными ядрами или ионами с последующим УФ облучением, окислением и удалением продуктов деструкции (получают так называемые ядерные разделительные мембраны). Выщелачиванием определенных фракций (метод используется и в производстве стеклянных пористых пластин).

Крупнопористые разделительные мембраны готовят спеканием металлических порошков и полимерных материалов.

Асимметричные разделительные мембраны получают, создавая разные условия затвердевания полимера в поверхностном слое и в остальной массе мембраны. Например, с поверхности жидкой пленки (нити) сначала испаряют растворитель, а затем ее погружают в осадитель (сухо-мокрое формование).

Составные

разделительные мембраны изготовляют нанесением на пористую подложку из полимера, стекла, керамики или другого тонкого (одного или несколько) слоя полимера (например, погружением подложки в раствор полимера, поливом его, межфазной поликонденсацией или полимеризацией мономеров в низкотемпературной плазме, напылением).

Наиболее распространенная форма разделительных мембран – пленка, формуемая на машинах ленточного или барабанного типа. Для повышения механической прочности и стабильности формы изготовляют на пористых подложках, например тканях, сетках, нетканых материалах.

Пленочные разделительные мембраны используют: в плоскокамерных аппаратах (типа фильтр-пресса) и рулонных; тонкие полимерные пленки осаждают на внутренней поверхности пористых трубок (несколько штук собирают в одном корпусе); полые волокна укладывают параллельно или под углом друг к другу в пластмассовом корпусе и склеивают в торцевых частях.

Применяют разделительные мембраны для разделения газовых смесей (например, выделение компонентов из смесей, образующихся при синтезе аммиака, создание регулируемой газовой среды в фрукто-овощехранилищах); для опреснения морских и солоноватых вод и деминерализации речной и артезианской воды; для концентрирования и очистки растворов высокомолекулярных соединений.

В том числе биологически активных, молока и соков в микробиологии, мединской, пищевой промышленности; для изготовления массообменников медицинского назначения (гемодиализаторы, окси-генаторы крови).

В процессе эксплуатации поверхность мембран загрязняется, что приводит к ухудшению основных показателей (производительность и селективность) мембранного разделения.

Поэтому разделительные мембраны подвергают очистке различными способами, например: обработкой поверхности эластичной губкой (часто с применением моющих средств), полиуретановыми шарами и другими, не оказывающими абразивного воздействия; воздействием турбулентного потока жидкости (разделяемой или моющей); промывкой газожидкостной эмульсией (обычно смесью воды и воздуха), разбавленными растворами кислот или щелочей, ПАВ или другими; продувкой сжатым воздухом (особенно микрофильтров); воздействием электрических, магнитных и ультразвуковых полей.

Из-за загрязнений разделительные мембраны имеют ограниченный срок эффективной работы (ресурс) и их периодически приходится заменять или очищать.

Гладкова Наталья