Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
Вода/этанол 4,4/95,6 Вода/диоксан 18,4/81,6
Вода/изопропан о л 12,2/87,8 Метанол /ацетон 12,0/88,0
Вода/ тре т-бутанол 11,8/88,2 Этанол/гексан 21,0/79,0
Вода/тетр агидрофу ран 5,9/94,1 н-Пропанол/циклогексан 20,0/80,0
жде всего для концентрирования чувствительных к нагреванию продуктов, а также решения задач защиты окружающей среды, например, для удаления летучих органических загрязнений из сточных вод, и в аналитических целях для концентрирования нужного компонента при количественном определении [40]. В связи с тем, что число возможных применений первапорации очень велико, полезно произвести их классификацию на водные и неводные смеси с последующей детализацией внутри этих двух классов.
Водные смеси
Здесь полезно различать два основных типа задач: отделение малых количеств воды от органического растворителя (дегидратация) или очистка воды от малых количеств органического растворителя:
Дегидратация —
удаление воды из спирта и других органических растворителей; удаляются даже следы воды, например, из хлорсодержащих производных углеводородов.
Очистка воды от органических веществ —
удаление спирта из ферментационной среды;
удаление летучих органических загрязнений (ароматики, хлор-
производных углеводородов) из сточных вод.
Неводные смеси И для этих систем введем подразделы:
Полярная/неполярная жидкости —
спирты/ароматические соединения (например, метанол/толуол);
спирты/алифатические соединения (этанол/гексан).
Смеси ароматических и алифатических жидкостей —
циклогексан / бензол; гексан/толуол.
Смеси насыщенных и ненасыщенных углеводородов — бутан/бутен.
Изомеры —
изомерные ароматические углеводороды Се (о-ксилол, л<-кси-лол, n-ксилол, стирол и этилбензол).
VI.4-3.4- Первапорация (параметры и применения)
Мембраны
Толщина Размер пор Движущая сила Принцип разделения Материал мембран Применение
Композиционные или асимметричные мембраны с верхним слоем из эластомера или стеклообразного полимера
От ~ 0,1 до нескольких мкм (для верхнего слоя) Непористые
Различие активностей или давления пара
Механизм растворения — диффузии
Эластомеры и стеклообразные полимеры Дегидратация органических растворителей Очистка воды от органических компонентов (спиртов, ароматических соединений, хлорпроизводных углеводородов)
Разделение полярных и неполярных жидких смесей (спиртов и алифатических соединений, спиртов и ароматических соединений) Разделение жидких смесей насыщенных и ненасыщенных органических веществ (например, циклогексан/бензол)
Разделение изомеров (например, смесей о-ксилола, л<-ксилола, гьксилола, стирола и этилбензола)
VI.4.4. Жидкие мембраны
До сих пор в качестве мембранных материалов рассматривались только твердые вещества. Можно использовать в качестве мембран и жидкости, и то же общее определение мембраны приложимо и к этому случаю: жидкая мембрана или жидкая пленка разделяет две фазы друг от друга. Разделяемые мембраной фазы могут быть жидкостью или газом. Перенос вещества из одной фазы в другую возможен при наложении движущей силы к компонентам в фазе 1. Обычно движущая сила — это градиент химического потенциала, который может
быть выражен через концентрации. Разделение происходит из-за различия коэффициентов растворимости и диффузии в жидкой пленке.
Рис, VI-23. Схема двух типов жидких мембран.
ПАВ
Эмульсия вода в масле (в/м)
Обращенная эмульсия (в/м/в)
Рис. VI-24. Приготовление эмульсионной жидкой мембраны.
Выделяют два качественно различных типа жидких мембран (см. рис. VI-23): 1) Жидкая пленка иммобилизована в порах пористой мембраны. Пористая мембрана служит только сеткой или суппортом для жидкой мембраны. Такой тип мембраны называется иммобилизованной жидкой мембраной (ИЖМ) или поддерживаемой жидкой мембраной (ПЖМ)*. Такие мембраны могут быть легко приготовлены пропиткой пористой (гидрофобной) мембраны подходящим органическим растворителем. 2) Ко второму типу жидких мембран относятся эмульсионные жидкие мембраны (ЭЖМ), которые также просто образуются, как показано на схеме рис. VI-24. Здесь две не смешивающиеся фазы, например вода и масло, интенсивно перемешиваются,и
* Иногда их также называют импрегнированными жидкими мембранами. — Прим. ред.
образующиеся капли эмульсии размером 0,5-10 мкм стабилизируют добавками ПАВ. Образовавшуюся эмульсию типа вода/масло вносят в большой сосуд с водой, в котором формируют новую эмульсию вода/масло/вода. Согласно определению, масляная фаза выполняет в данном случае роль мембраны.
Две фазы (фаза 1 и фаза 2) обычно представляют собой водные растворы, тогда как фазой жидкой мембраны является органический растворитель, не смешивающийся с водой. Растворимость является очень важным фактором, определяющим стабильность этих систем. Стабильность жидких мембран будет детально обсуждена ниже.
Такие жидкие мембраны используются только в отдельных случаях, так как их селективность невелика. Селективности определяются в основном различиями коэффициентов распределения копонентов фазы 1 в жидкостях. Если компоненты близки по своим свойствам, эти различия невелики. Коэффициенты диффузии сходных по размерам компонентов мало отличаются друг от друга, поэтому селективности, которые определяются различием коэффициентов растворимости и диффузии, будут в таких случаях не очень высокими.
