Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
В табл. I-б представлено развитие некоторых мембранных процессов. Первой мембраной, производившейся для продажи и практического применения, была мембрана, разработанная фирмой Сарториус в Германии после первой мировой войны. Необходимое ноу-хау для приготовления таких мембран было разработано на основе публикации Жигмонди [22].
Таблица 1-5. Этапы научных исследований Осмос: Нолле, 1748 [6]
Электроосмос: Реусс, 1803 [7], Порре, 1816 [8] Диализ: Грэм, 1861 [1]
Диффузия: Фик, 1855 [9]
Осмотическое давление: Вант-Гофф, 1887 [10] Транспорт электролитов: Нернст-Планк, 1889 [11]
Осмотическое давление: Эйнштейн, 1905 [12] Мембранный потенциал: Хендерсон, 1907 [14] Мембранное равновесие: Доннан, 1911 [13] Аномальный осмос: Соллнер, 1930 [15] Неравновесная термодинамика: Кедем,
Качальский, 1964 [16]
транспорта Ионные мембраны: Теорелл, 1937 [17], Мейер, Сивере, 1936 [18]
Модель поры: Шмид, 1950 [20], Мире, 1956 [21] Модель «растворимость — диффузия»:
Лонсдейл, 1965 [19]
’Специальный номер Journal of Membrane Science [3*] содержит сокращенную публикацию всех появившихся между 1752 и 1929 гг. пионерских и основополагающих работ в области мембран. — Прим. ред.
Наблюдения
Соотношения
Теория
Таблица 1-6. Развитие технических мембранных процессов
Мембранный процесс Страна Год Применение
Микрофил ьтр аци я* Германия 1920 Для лабораторного
использования (бактери
альный фильтр)
Ультрафильтрацияа Германия 1930 Для лабораторного
использования
Гемодиализ4 Нидерланды 1950 Искусственная почка
Электродиализ6 США 1955 Обессолив ание
Обратный осмос6 США 1960 Обессоливание морской воды
Ультрафильтрация6 США 1960 Концентрирование
м акромолекул
Г азоразделение6 США 1979 Извлечение водорода
Мембранная Германия 1981 Концентрирование
дистилляция6 водных растворов
Первапорация6 Германия/ 1982 Обезвоживание органических
Нидерланды растворителей
аМалые масштабы.
6Промышленные масштабы.
Однако эти пористые мембраны из нитрата целлюлозы или смешанных эфиров (нитрат целлюлозы/ацетат целлюлозы) были использованы только в лабораторном масштабе. То же справедливо для более плотных ультрафильтрационных мембран, разработанных одновременно с ними. Ранние работы по ультрафильтрационным и микро-фильтрационным мембранам представлены в обзоре Ферри [23].
Хотя явление диализа было известно уже довольно долгое время, первое практическое применение мембраны для гемодиализа было продемонстрировано Кольфом с сотр. [24] в 1940-х годах.
Настоящий прорыв в области промышленного применения мембран был сделан в результате развития асимметричных мембран (Лоеб и Сурираджан [25]). Эти мембраны состоят из очень тонкого плотного верхнего слоя (толщиной менее 0,5 мкм), нанесенного на пористый слой (толщиной 50-200 мкм). Верхний слой, или покрытие, определяет скорость транспорта, в то время как пористый слой действует только как подложка. Скорость массопереноса обратно пропорциональна толщине верхнего слоя. В результате асимметричная мембрана продемонстрировала значительно более высокие скорости транспорта (поток воды), чем (гомогенная) симметричная мембрана соответствующей толщины.
Работа Хениса и Триподи [26] сделала экономически обоснованными промышленные процессы газоразделения. Очень тонкий слой полимера с высокой газопроницаемостью помещали на поверхность асимметричной мембраны с тем, чтобы поры, все же присутствующие в верхнем слое, были заполнены. Так была получена бездефектная композиционная высокопроницаемая мембрана для газоразделения.
Хотя мембраны для мембранной дистилляции (гидрофобные пористые мембраны) известны довольно давно, такие процессы лишь недавно были реализованы в масштабе пилотной установки [27]. Это пример мембранного процесса, в котором существующие мембраны применяются не для тех целей, для которых они были разработаны (микрофильтрация).
Первапорация - еще один мембранный процесс, который был развит недавно. Биннинг с сотр. [28] пытались реализовать на практике процесс первапорации еще в конце 1950-х годов, но, несмотря на интенсивные исследования, эти попытки не были достаточно успешными. Впоследствии композиционные мембраны, специфичные к данному процессу, были разработаны для обезвоживания органических растворителей, что сделало эти процессы конкурентоспособными по сравнению с другими методами разделения [29]. Примеры, представленные в табл. I-б, относятся только к началу развития техники мембранных процессов. Поиск новых и лучших мембран продолжается до сих пор не только для мембранных процессов, которым еще предстоит достичь стадии промышленной реализации, но также и для уже существующих мембранных процессов.
