Классификация методов мембранного разделения. Типы мембран.

Методы мембранного разделения можно классифицировать по разным признакам.

Классификация мембранных процессов по виду основной движущей силы процесса:

- градиент давления – барометрические процессы (обратный осмос, нано-, ультра- и микрофильтрация)

- градиент концентраций – диффузионно - мембранные процессы (диализ, испарение через мембрану, мембранное разделение газов др.)

- градиент электрического потенциала – электромембранные процессы (электролиз, электроосмос и др.)

- градиент – термомембранные процессы (мембранная дистилляция и др.)

Возможно сочетание двух или трех названных выше движущих сил.
Типы мембран:

Мембрана – полупроницаемая перегородка, пропускающая определенные компоненты жидких или газовых смесей.

Для изготовления мембран применяют различные полимеры (ацетаты целлюлозы, полиамиды, полисульфон и др.), керамику, стекло, металлическую фольгу и др.

В зависимости от механической прочности их подразделяют на уплотняющихся (полимерные) и с жесткой структурой, а также пористые и непористые (диффузионные).Встречаются жидкие мембраны.

Полимерные мембраны, изготавливаемые из полимерных материалов вымыванием предварительно введенных добавок или бомбардировкой - частицами с последующим травлением химическими реагентами, обладают узким распределением размеров пор.

Металлические мембраны получают выщелачиванием одного из компонентов сплава. Их достоинства заключаются в механической прочности, однородности структуры.

Керамические мембраны относятся к композитным материалам и изготавливаются двух- или трехслойными. На подложку с более крупными порами наносится тонкий мембранообразующий слой. Их основным преимуществом является химическая стойкость, что позволяет использовать для разделения агрессивных сред.

Мембраны из микропористого стекла получают путем кислотной обработки, при которой из стекломассы удаляются отдельные составляющие. Они также обладают химической стойкостью и жесткой структурой.

Механизм и кинетика мембранных процессов.

Единого механизма, справедливого для всех мембранных процессов нет, механизмы могут отличаться. Однако, в любом случае, необходимо учитывать три тосновных фактора и их взаимосвязь:

- структуру мембраны по толщине (пористая, непористая, изотропная)

- физико-химические свойства разделяемой смеси,

- взаимодействие мембраны с разделяемой смесью.

Баромембранные процессы.

Обратный осмос. В основе этого процесса разделения лежит явление осмоса – самопроизвольного перехода растворителя через мембрану в раствор. Перепад давлений, который устанавливается при этом между раствором и растворителем по достижении равновесия, называется осмотическим давлением (рис.8.2):

Рис.8.2. Схематическое изображение переноса растворителя и состояние равновесия в сосуде, разделенном мембраной 3: 1 – расположение растворителя, 2 – расположение раствора; р₁ и р₂ – давления жидкости в соответствующих частях сосуда на одинаковом расстоянии от днища, - осмотическое давление.

Для проведения процесса обратного осмоса необходимо создать перепад давлений между раствором и растворителем, превышающий осмотическое давление. Это приведет к переносу растворителя из раствора и увеличению концентрации раствора (рис.8.2) Обратный осмос применяется, в основном, для разделения растворов электролитов. При этом осмотическое давление может составлять десятки и сотни атмосфер, а рабочее давление в аппарате и того больше. Так, для морской воды = 25 атм, а рабочее давление при ее опреснении составляет примерно 60 атм.

Ультра- и микрофильтрация. Ультрафильтрация – процесс разделения растворов ВМ и низкомолекулярных соединений, а также фракционирования и концентрирования ВМС. Осмотическое давление П ВМС малы, поэтому при расчете движущей силы процесса ультрафильтрации ими можно пренебречь. Ультрафильтрация, в отличие от обратного осмоса, используют для разделения систем, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше молекулярной массы растворителя. Ниже приведены условные границы применения баромембранных процессов:

Нанофильтр может разделить вещества молекулярной массой 300-3000, а так же ионы тяжелых металлов.

Достоинствами баромембранных процессов разделения являются малые энергозатраты ввиду отсутствия фазовых превращений (мембранное опреснение воды требует в 10-15 раз меньше энергозатрат, чем дистилляция); низкие температуры, позволяющие разделять термически нестойкие соединения. К их недостаткам относятся высокие рабочие давления (особенно для обратного осмоса), а также падение селективности и проницаемости при увеличении концентрации растворов.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 Следующая ⇒