Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
белки или линейные макромолекулы, такие, как полиэтиленгликоль или декстран, обнаруживают различные характеристики мембранного отсечения. Таким образом, строго говоря, величина отсечения не является характеристическим параметром мембраны, поскольку необходимо вводить поправки на возможность концентрационной поляризации и учитывать, что для большинства полимеров характерно распределение по молекулярным массам. Все эти обстоятельства детально описаны в гл. IV.
Для характеристики ультрафильтрационных мембран можно использовать и ряд других методов испытаний, а не только определение отсечения. Однако методы, обычно применяемые для микрофильтрационных мембран, такие, как ртутная порометрия или сканирующая электронная микроскопия, не пригодны для характеристики ультрафильтрационных мембран. Для этих целей были развиты другие методы, такие, как термопорометрия или пермопорометрия, которые обсуждались в гл. IV. К другим более общим методам относятся измерение адсорбции — десорбции газа, измерения проницаемости и оценки модифицированного отсечения.
Следует иметь в виду одно важное обстоятельство. Как и при микрофильтрации, при осуществлении ультрафильтрации реальные показатели процесса не эквивалентны характеристикам мембраны, оцененным в модельных экспериментах. И снова причина здесь заключается в концентрационной поляризации и отложениях на поверхности мембраны. Макромолекулярный компонент, не проходящий через мембрану, накапливается на поверхности мембраны, что приводит к резкому возрастанию концентрации. В стационарном состоянии конвективный поток растворенного вещества к мембране ра-
Ч иста я вода
Рис. VI-9. Влияние приложенного при ультрафильтрации перепада давления на поток.
вен диффузионному противотоку от мембраны в объем. Дальнейшее увеличение давления не приводит к увеличению потока через мембрану вследствие возрастания сопротивления пограничного слоя (см. также гл. VII), что соответствует достижению предельного потока (Joo) (рис. VI-9). Как и при микрофильтрации, явления, связанные с образованием пограничных слоев, в основном и определяют производительность процесса. Для развития мембранных технологий важны скорее не модельные характеристики мембраны, а ее устойчивость к разного рода химическим реагентам, необходимым для ее очистки. Сфера применений мембран растет по мере того, как увеличивается их устойчивость к высоким температурам (> 100°С), к широкому изменению pH (1 — 14) и органическим растворителям. Максимального снижения отложений на мембранах при минимальных затратах, как и при микрофильтрации, можно добиться за счет инженерных решений при разработке модулей и всей разделительной системы.
VI.3.3.2. Применение ультрафильтрационных мембран Ультрафильтрация имеет широкую область использования, связанную с задачами отделения высокомолекулярных от низкомолекулярных компонентов. Подобного рода задачи могут найти применение в пищевой и молочной промышленностях, в фармацевтической промы-шлености, текстильной и химической промышленностях, металлургии, при производстве бумаги, а также в кожевенной промышленности [1, 3]. Примерами различных применений ультрафильтрации в пищевой и молочной промышленностях являются концентрирование молока и сыроделие, извлечение сывороточных белков, картофельного крахмала и картофельных белков, концентрирование яичных продуктов, а также осветление фруктовых соков и спиртных напитков.
Ультрафильтрационные мембраны до сих пор использовались для разделения водных растворов, однако быстро развивается новая область применений ультрафильтрации для неводных систем. Но для этой области должны быть созданы новые, химически устойчивые мембраны на основе более инертных полимеров. Для растворов в органических растворителях пригодны также неорганические мембраны*
‘Дополнительную информацию об ультрафильтрации читатель может найти в книгах [1*-4*] — Прим. ред.
VI. 3.3.3. Ультра фильтрация (параметры и применения)
Мембраны Толщина Размер пор Движущая сила Принцип разделения Мембранные материалы
Основные применения
Пористые асимметричные 150 мкм 1-100 нм
Давление (1-10 бар)
Ситовый механизм Полимерные (например, полисульфон, полиакрилонитрил) керамические (оксиды циркония и алюминия)
Молочная промышленность (обработка молока, сыворотки, сыроделие)
Пищевая промышленность (извлечение крахмала и белков)
Металлургия (разделение эмульсий масла в воде, извлечение красителей) Текстильная промышленность (извлечение индиго) Фармацевтическая промышленность (извлечение ферментов, антибиотиков и жаропонижающих препаратов)
VI.3.4. Обратный осмос
Обратный осмос применяется, когда нужно отделить от растворителя низкомолекулярные растворенные вещества, такие, как неорганические соли или органические молекулы, например, глюкозу. Отличие от микрофильтрации и ультрафильтрации определяется размером растворенных частиц. Следовательно, требуются более плотные мембраны, обладающие гораздо большим гидродинамическим сопротивлением. Столь малые молекулы растворенного вещества будут свободно проходить через ультрафильтрационные мембраны. Действительно, мембраны для обратного осмоса могут рассматриваться как промежуточные между типом мембран с открытыми порами (микрофильтрационно-ультрафильтрационными) и плотными непо-
