Tehnologia cu membrană - metodă modernă de separare a amestecurilor și soluții folosind filme subțiri - membrane. Aceste tehnologii sunt o prioritate în tehnologia chimică așa cum este utilizat pentru purificarea și separarea amestecurilor utilizate în industria chimică, industria petrochimică, biotehnologie. Ei au găsit aplicații în industria de construcții pentru fabricarea acoperișuri și acoperiri, în medicină pentru a crea o „piele artificială“, farmacologie, ca o modalitate de a asigura sterilitatea soluțiilor injectabile, pentru apă și canalizare, apă de înaltă puritate, și în industria alimentară (filtrarea vin, bere, vodca, iluminați sucuri) [8].
Astăzi, tehnologiile membranare sunt împărțite în tehnologii de generații "vechi" și "noi". Tehnologiile generației "vechi" includ microfiltrarea (MF), ultrafiltrarea (UV), osmoza inversă (OO) și electrodializa (ED). În acest caz, UV, MF și OO au un nume comun - procese baromembrane, adică procese care apar sub presiune. Sub tehnologie "nouă" generație înțeleg de separare a gazelor (GR), pervaporatie (PV), distilare cu membrana (MD) și separarea prin membrană lichidă (LM) [5,10].
Diferite membrane sunt necesare pentru fiecare proces de separare. De obicei, ele sunt împărțite prin prezența porilor (poroși / neporosi) și prezența unui substrat (simetric - fără substrat / asimetric - cu un substrat din material nețesut). În același timp, dacă membrana este poroasă, atunci pentru fiecare proces de separare este necesară o dimensiune a porilor pentru a ține substanțe de diferite structuri și dimensiuni (vezi Tabelul 1).
Caracteristicile de bază ale proceselor baromembrane
Procese UV și OMF sunt larg utilizate în purificarea și desalinizarea apelor naturale (r. H. marine) pentru tratarea apei și pentru purificarea soluțiilor de ape reziduale și industriale de proces când eliminare a apei, care poate rezolva în mare măsură problema prevenirii poluării. Și pentru că protecția mediului împotriva poluării - una din sarcinile principale ale omenirii, este important să cercetarea și dezvoltarea proceselor și UV MF. Prin urmare, considerăm că acest proces mai detaliat.
Procese UV și MF sunt cele mai asemănătoare cu filtrare convențională și menținută sub diferența de presiune dintre soluția filtrată și filtratul pe diferite părți ale unei partiții membrană semipermeabilă. Pentru UV și MF, dimensiunea porilor și distribuția porilor pe întreaga grosime a membranei sunt importante.
Baza pentru prepararea membranelor sunt polimerii. În același timp, membranele impun o serie de cerințe clare:
- Capacitate mare de separare (selectivitate);
- Productivitate specifică ridicată (permeabilitate);
- Rezistența chimică la acțiunea mediului înconjurător a sistemului comun;
- Continuitatea caracteristicilor în timpul funcționării;
- O rezistență mecanică suficientă;
- Cost redus.
Pe baza acestor cerințe, polimerii din care se formează membranele trebuie să aibă caracteristici chimice, cum ar fi ridicată și rezistență termică, elasticitate, conductivitate electrică și elektropronitsaemost, reacția cu apă și alți solvenți, inofensivitate [5,9,10].
În literatura științifică și de brevete descrie prepararea membranelor dintr-o varietate de polimeri: esteri de celuloză (acetat de celuloză, nitroceluloză și amestecuri ale acestora), poliesteri alifatici și aromatici poliamide, polisulfonele, poliimide, polyamidoimides aromatice, polipropilenă, polimeri fluorurați, alcool polivinilic și copolimerii acesteia, copolimeri acrilonitril, carbonat de poliester, poliuretan și altele.
La scară industrială, ca polimeri de obținere a membranelor micro- și ultrafiltrare sunt larg utilizate eteri de celuloză, polisulfonele, polietersulfonele, poliamide, copolimeri de acrilonitril, clorură de viniliden, polimeri fluorurați. Acești polimeri au o rezistență chimică suficient de ridicată pentru medii agresive, stabilitate termică suficientă și nu modifică proprietățile în timpul funcționării.
Trebuie remarcat faptul că polimerii, cum ar fi polysulfona și polietersulfonă nu sunt utilizate atât de mult timp în urmă, dar au reușit deja să se stabilească într-un mod pozitiv pe piața tehnologiei membranei [3,4,9].
Polieferonii sunt polisulfonici din a doua generație, permit obținerea materialelor termoplastice cu temperaturi de funcționare de funcționare continuă de 200 ° C și mai mari. Acestea se obțin prin reacția 4,4-dioksidifenil sulfonă sub formă de sare alcalină cu 4,4'-dihlordifenilsulfonom. Ca rezultat al acestei reacții, polimerul rezultat are un inel aromatic, și suficiente relații solide sulfo-grup care are un efect pozitiv asupra temperaturii de tranziție vitroasă a polimerului (vezi. Fig.1).
Figura 1. Formula structurală a polietersulfonului
Polietersulfonă (PES) - un polimer nearmate amorf ale cărui caracteristici principale sunt proprietățile sale ridicate termice, electrice și mecanice care sunt tipice polimerului cristalin. Polietersulfonii sunt foarte rezistenți la temperaturi ridicate, hidroliză, atac chimic și abur.
Proprietățile mecanice ale polietersulfonelor includ tensiunea ridicată la tracțiune, rezistența la încovoiere și elasticitatea. Acești polimeri sunt rezistenți la degradarea termică și termo-oxidantă, la efectele radiațiilor. Punctul de randament este cu 20-30% mai mare decât pentru policarbonații și poliamidele. Polietersulfonele rezistente la acizi minerali, baze, soluții saline, alcooli, hidrocarburi alifatice, uleiuri, esteri, lubrifianți, cu toate acestea, hidrocarburi clorurate, solvenți amidici și au dizolvat. Cetonele, esterii și xilenul cauzează crăparea acestui polimer.
Temperatura de turnare este mai mare decât temperatura de turnare a celor mai multe termoplaste, prin urmare produsele PES pot fi folosite la temperaturi ridicate fără deformare.
Polietersulfonurile au o contracție foarte scăzută, care este uniformă în timpul turnării. Coeficientul termic de expansiune este de jumătate față de cea a majorității termoplastelor, ceea ce face posibilă fabricarea componentelor de configurație complexă cu toleranțe dimensionale mici. Este, de asemenea, transparent și bine sterilizat, care a găsit aplicații în medicină [7,8].
Aceste proprietăți fac posibilă fabricarea membranelor din PES care îndeplinesc majoritatea cerințelor enumerate mai devreme. Cu toate acestea, datorită rezistenței la apă a polimerului, membrana din acesta este hidrofobă, adică nu poate fi umezită cu apă și prin urmare nu este capabilă să curățe soluțiile apoase. În acest sens, spectrul de aplicare al membranei PES scade. Această problemă poate fi rezolvată în trei moduri:
- introducerea polivinilpirolidonei (PVP) în soluția de formare a membranei unui polimer hidrofil;
- sulfonarea polimerului inițial;
- tratamentul membranei în plasmă.
Aceste proceduri permit creșterea hidrofilității membranei de mai multe ori, ceea ce, la rândul său, afectează în mod pozitiv capacitatea sa de adsorbție. A treia metodă este utilizată extrem de rar, deoarece menținerea gradului de hidrofilitate pe toată suprafața membranei este destul de dificilă.
Introducerea PVP este folosită pe scară largă în Rusia și în străinătate, deoarece PVP este compatibilă cu PES și mai hidrofilă. În acest caz, formarea membranei prin metoda fazei de dezintegrare dă un rezultat mai bun decât formarea în soluția de udare, în care cea mai mare parte a polivinilpirolidonei este îndepărtată cu apă în timpul spălării. Modificarea structurii membranei de la PES datorată introducerii PVP în ea este prezentată în Fig. 2.
Sulfurarea, la rândul său, permite introducerea de grupări hidrofile în structura polimerului, evitând adiția oricăror aditivi de hidrofilizare. membrană sulfonată nu modifică proprietățile sale, dar tehnologia sa de producție destul de complicată: PES se dizolvă în acid sulfuric, urmată de precipitarea polimerului sulfonată din soluție sub formă de fibre. Apoi, fibra este spălată bine din acid și uscată până când umezeala este îndepărtată complet. Astfel, gradul de sulfonare poate ajunge la 3%.
Figura 2. a) Structura membranei de polieter sulfonă înainte de hidrofilizare. b) Structura membranei de polieter sulfonă după hidrofilizare datorată introducerii PVP.
În plus față de caracterul de porozitate și pori, principalele caracteristici de udare și punctul de trecere al bulelor la principalele caracteristici ale membranelor pentru MF și UV.
Unghiul marginal de umezire a membranei permite evaluarea hidrofobicității sau hidrofilității filmului. În acest caz, cu cât unghiul de umectabilitate este mai mic, cu atât hidrofilicitatea membranei este mai mare [1,2,4].
Punctul de străpungere a bulei este presiunea minimă de gaz necesară pentru extrudarea lichidului din porii diametrului maxim al membranei. Această măsurătoare oferă o indicație a integrității (absența defectelor structurii membranei, care pot afecta în mod negativ separarea unui amestec) a membranei și distribuția mărimii porilor.
Așa cum arată datele experimentale, după introducerea în structura PES punctul descoperire PVP crește cu bule de aproape două ori, și crește sulfonare 4.2-4.8 bari, ceea ce sugerează că membrana modificată devine mai puternică și va dura mai mult .
Membranele din PES pot fi turnate în diferite moduri. Acest lucru face posibilă variația dimensiunii porilor de la 1 nm la 0,2 pm cu o grosime a membranei de 80 până la 130 pm. În acest caz, membrana va avea o porozitate de 70-80% [2,3,6].
Astfel, descoperirea polietersulfonului și fabricarea membranelor din acest polimer este un fel de descoperire în domeniul tehnologiilor membranare datorită unui număr de avantaje:
- distribuția mărimii porilor limitate, care determină selectivitatea ridicată a membranelor și capacitatea ridicată de a reține particule coloidale de natură și bacterii diferite, ceea ce este deosebit de important în farmacologie;
- utilizați membrane din polietersulfonă pentru filtrarea unei game largi de lichide la temperaturi normale și ridicate datorită rezistenței mecanice ridicate și a unei game largi de temperaturi de funcționare (până la 125 ° C);
- rezistență chimică bună într-o gamă semnificativă de valori ale pH-ului (1-13), care permite regenerarea și filtrarea chimică a lichidelor agresive pentru diferite industrii;
- rezistența la oxidanți, inclusiv clorul activ (în intervalul de concentrație de 50-200 mg / l) [6,8,9].
Din informațiile furnizate, rezultă că polietersulfona este un polimer de o nouă generație. Acesta îndeplinește toate cerințele necesare, materialele din care sunt utilizate pe scară largă. De asemenea, suferă o modificare bună. Aceasta este ceea ce oferă un stimulent pentru continuarea cercetării și dezvoltării.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: