Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
3* ГОСТ Р 50111-92. Мембраны полимерные. Метод определения прочностных свойств плоских мембран. Госстандарт России, Москва, 1992. 4* ГОСТ Р 50517-93. Мембраны полимерные. Метод определения массовой доли латексных частиц, не проходящих через плоские микро-фильтрационные мембраны. Госстандарт России. Москва 1993.
5* ГОСТ Р 50516-93. Мембраны полимерные. Метод определения точки пузырька плоских мембран. Госстандарт России, Москва, 1993.
Задачи к главе IV
1. Метод точки пузырька позволяет просто характеризовать микрофил ьтрационные мембраны.
а) Обнаружат ли две смачиваемые мембраны с одинаковым распределением пор по размерам одну и ту же точку пузырька?
б) Какая точка пузырька должна быть у мембраны со следующим распределением пор по размерам (см. рисунок) при использо-
* Представлена редакторами перевода.
Число пор / м2
вании воды в качестве жидкости (поверхностное натяжение на границе вода — воздух равно 7м>Да7м>эДух = 72,8 мН/м).
в) Какова будет ошибка, если контактный угол между жидкостью и полимером будет не 0°С, а 20°С?
г) Смачивание происходит, если имеет место сильное взаимодействие между жидкостью и полимером. Какой процесс и как может исказить результаты измерений, когда взаимодействие усиливается?
д) Можно ли охарактеризовать ультрафильтрационные мембраны (гр = 1 нм) с помощью этого метода, используя в качестве жидкости воду? А этанол?
Радиус пор, мкм ^
(Поверхностное натяжение на границах раздела вода/воздух и этанол/воздух, выраженные в 103 Н/м, составляют 7 =
= 72,8 • 103 Н/м и 22,8 • 103 Н/м соответственно.).
2. Пермопорометрия является сравнительно новым методом характеристики ультрафильтрационных мембран,
а) Какие показатели позволяет определить этот метод?
Для некоторой мембраны было получено следующее бимодальное распределение пор по размерам.
8-10,4Ь I-----1
4-10
14
2 3 4 Ю
Радиус пор,нм
б) Считаете ли вы, что поры размером 10 нм вносят свой вклад в проницаемость мембраны? Поясните.
Поток воды через эти мембраны можно описывать уравнением Пуазейля.
в) Рассчитайте теоретический поток воды при перепаде давления АР = 1 бар, основываясь на этом рисунке, для асимметричной мембраны с толщиной верхнего рабочего слоя 1 мкм. Примите, что фактор извилистости * т = 1,5, а вязкость воды составляет 7у = Ю~3 Па • с.
3. Купрофан (регенерированная целлюлоза) часто используется в качестве материала мембран для гемодиализа. Необходимые свойства мембран обусловлены набуханием в воде, в результате которого появляются поры.
а) С учетом того, что величина отсечения определена для сферических частиц с плотностью 1 г/см3 и молекулярной массой 6000, определите распределение пор по размерам для данной мембраны. Для простоты примите, что размеры пор и размеры частиц при тестировании совпадают.
б) Кратко опишите два метода получения характеристик мембран, которые подхоят в данном случае, и два метода, которые не подходят.
4. Приведенный ниже рисунок показывает изменение удельного объема поливинил ацетата при быстром охлаждении полимера от температур выше температуры стеклования. На двух кривых удельный объем был измерен при времени охлаждения примерно 1 мин и 100 ч. Укажите, какому режиму охлаждения отвечает каждая из кривых.
5. Плотность гомогенной пленки из найлона-6.6 составляет 1,14 г/см3. Плотность кристаллической фазы составляет рКрист = 1,22 г/см3 и аморфной фазы Раморф = 1,07 г/см3. Рассчитайте степень кристалличности, выраженную в виде объемной и массовой долей.
6. Распределение пор по размерам в ультрафильтрационной мембране может быть определено методом вытеснения жидкости. Если уста-
новка работает в интервале давлений от 0,1 до 5 бар и в качестве жидкости используется смесь вода — изобутанол, имеющая поверхностное натяжение 7 = 1,85 мН/м, какой диапазон размеров пор можно изучать?
7. а) Определите поверхностную пористость мембраны Nucleopore, по-
казанной на рис. VI-4, в.
б) Средний диаметр пор этой мембраны составляет 0,4 мкм, а ее толщина равна 10 мкм. При давлении 1 бар измерена проницаемость по воде, равная 3000 л/м2- ч. Рассчитайте степень пористости.
8. Ниже приведены паспортные данные для ядерного фильтра (трековой мембраны):
Диаметр пор, мкм Концентрация пор, число пор/см2
5.0 5,0 - 105
1.0 1,3-107
0,2 3,2 108
0,05 4,0-109
Рассчитайте пористость и проницаемость по воде при давлении 1 бар.
Глава V
Транспорт в мембранах
V.I. Введение
Мембрану можно определить как селективно проницаемый барьер между двумя гомогенными фазами. Молекула или частица транспортируется через мембрану из одной фазы в другую, потому что на эту молекулу или частицу действует сила. Степень действия этой силы определяется градиентом потенциала или, приближенно, разностью потенциалов до и после мембраны (АХ), деленной на толщину мембраны (?), т. е.
