Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
Как будет описано в гл. III, для приготовления микрофильтрационных мембран существует ряд удовлетворительных методик, таких, как спекание, растяжение, травление ядерных треков и инверсия фаз. Эти методы не используются широко при приготовлении ультра-фильтрационных мембран, поскольку получаемый в них размер пор относится к микрофильтрационной области (кроме случая инверсии фаз). Поэтому полимеры, обычно используемые как материалы для микрофильтрационных мембран, не являются, вообще говоря, теми же, что используются для получения ультрафильтрационных мембран. В табл. И-9 представлены полимеры, которые часто используются в качестве материалов для микрофильтрационных мембран.
Таблица II-9. Полимеры для микрофильтрационных мембран
Поликарбонат
Поли(винилиденфторид)
Политетрафторэтилен
Полипропилен
Полиамид
Сложные эфиры целлюлозы
Полисульфон
Поли (эфиримид)
СН3 о
СН3
Рис. 11-21. Химическая структура поликарбоната.
F Р PH Н СН3
+<ы^ +<Г'Ь'
F F F Н Н Н
Политетрафторэтилен Поливинилиденсрторид Полипропилен
Рис. 11-22. Некоторые гидрофобные полимеры, используемые в качестве мембранных материалов для микрофильтрации.
Особый тип микрофильтрационных мембран может быть приготовлен травлением треков в полимерных пленках (см. гл. III). Для этой цели часто используются поликарбонаты, которые обладают очень хорошими механическими свойствами (см. рис. И-21).
Гидрофобные материалы, такие, как политетрафторэтилен (ПТФЭ), поли(винилиденфторид) (ПВДФ) и изотактический полипропилен (ПП) (рис. II-22), часто используются для микрофильтрационных мембран. ПТФЭ является высококристаллическим и проявляет высокую термическую стабильность. Он не растворяется ни в одном из известных растворителей и также проявляет высокую химическую устойчивость. Поли(винилиденфторид) также обнаруживает хорошую химическую и термическую стабильность, хотя и не столь
хорош в этом отношении, как ПТФЭ. ПВДФ растворим в апротонных растворителях, таких, как диметилформамид (ДМФА), диметилаце-тамид (ДМ А А) или триэтилфосфат (ТЭФ). Микрофильтрационные мембраны из ПТФЭ могут быть приготовлены с помощью спекания и растяжения (см. гл. hi), в то время как мембраны из ПВДФ готовятся с помощью инверсии фаз.
Полипропилен (ПП) также является полимером, хорошо устойчивым к растворителям, когда он находится в изотактической конфигурации. Изотактическая конфигурация является высококристаллической в отличие от аморфной атактической. Полипропиленовые мембраны могут быть приготовлены с помощью растяжения и инверсии фаз (см. гл. III). По сути некоторые свойства всех трех полимеров (ПВДФ, ПТФЭ и ПП) очень близки. Все они проявляют высокую химическую и термическую стабильность. Благодаря их гидрофобной природе вода не может смачивать эти мембраны сама по себе, т. е. когда используется водная смесь, они должны быть предварительно смочены (например, этанолом). Более того, они могут быть использованы в мембранной дистилляции просто потому, что они не смачиваются водой или другими жидкостями с высоким поверхностным натяжением (см. разд. VI-5).
Несмотря на высокую термическую и химическую стабильность этих гидрофобных полимеров, все больший интерес как мембранные материалы вызывают стабильные гидрофильные полимеры из-за их слабой тенденции к адсорбции. Адсорбция растворенных веществ оказывает отрицательное влияние на поток, потому что адсорбционный слой вызывает дополнительное сопротивление массопереносу и, следовательно, приводит к уменьшению потока (см. гл. VII). Кроме того, адсорбционные слои вызывают затруднения при очистке мембран. Ряд гидрофильных полимеров может быть использован в качестве мембранных материалов. Наиболее известным классом таких полимеров является целлюлоза и ее производные, такие, как сложные эфиры целлюлозы. Они включают ацетат целлюлозы, триацетат целлюлозы, трипропионат целлюлозы, этил целлюлозу, нитрат целлюлозы и смешанные эфиры, такие, как ацетат-бутират целлюлозы. Целлюлоза и ее производные используются не только для микрофильтрации и ультрафильтрации, но также и для обратного осмоса, газоразделения и диализа. Они представляют собой очень важный класс основных материалов для мембран.
Целлюлоза — это полисахарид, который может быть получен из растительного сырья. Ее молекулярная масса изменяется от 500000 до 1500000, что соответствует числу звеньев примерно от 3000 до 9000. Глюкозные фрагменты содержат три гидроксильные группы, которые очень чувствительны к химическим реакциям и образуют сложные
СН2ОН ОН
ОН СН2ОН
Рис. II-23. Химическая структура целлюлозы.
эфиры (ацетат целлюлозы и нитрат целлюлозы) и простые эфиры (этилцеллюлоза). Повторяющиеся звенья глюкозы в целлюлозе связаны /?-1,4-глюкозидными мостиками (рис. II-23).
Из-за регулярной линейной структуры цепи целлюлоза является полимером высокой кристалличности, и, хотя она очень гидрофильна, она нерастворима в воде. Это является следствием кристалличности и межмолекулярных водородных связей между гидроксильными группами. Целлюлоза (или регенерированная целлюлоза) используется в основном как материал для диализных мембран. Производные целлюлозы, такие, как нитрат целлюлозы и ацетат целлюлозы, используются частично для микрофильтрации и ультрафильтрации, в то время как триацетат целлюлозы проявляет хорошие свойства для обратноосмотических мембран при обессоливании воды.
