ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гиперфильтрация из "Синтетические полимерные мембраны Структурный аспект" Гиперфильтрация, или обратный осмос, лежит в самом конце спектра процессов разделения на пористых мембранах. В результате такого расположения ГФ-мембраны характеризуются меньшим размером пор, более низкой пористостью и повышенной плотностью пор по сравнению с УФ- и МФ-мембранами (см. табл. 2.7). Благодаря этому ГФ-мембраны способны удерживать растворенные микровещества (включая ионы), размер которых меньше, чем 10 А. Небольшие размеры и молекулярная масса этих частиц дают возможность оценить даже невысокие концентрации (в %) в мольных единицах. [c.66] Другими словами, при данной температуре л пропорционально мольной концентрации раствора. [c.67] Осмотическое давление морской воды ( 53,5% N301) при 25 °С составляет около 2,46 МПа. Поэтому если полупроницаемая мембрана разделяет морскую воду и резервуар пресной воды, то за счет градиента концентраций вода будет проникать через мембрану и разбавлять морскую воду. Эта миграция растворителя через полупроницаемый барьер из менее концентрированного в более концентрированный раствор называется осмосом. Если к концентрированному раствору приложено давление, то поток проходящей через мембрану воды будет уменьшаться. В том случае, когда приложенное давление равно осмотическому, результирующий поток воды будет равен нулю. Наконец, если приложенное давление превышает осмотическое, поток воды за счет осмоса прекратится и останется только результирующий поток воды из более концентрированного в менее концентрированный раствор. Этот процесс называется обратным осмосом, или гиперфильтрацией. [c.67] Любое давление выше осмотического называется полезным и является движущей силой транспорта растворителя (воды). Селективность проницаемости гиперфильтрации обычно выражается одним из двух способов процентом удержания (или сохранения) растворенного вещества, т. е. 100х [(концентрация растворенного вещества в продукте)/(концентрация растворенного вещества в питающем растворе)], или коэффициентом уменьшения растворенного вещества, т. е. отношением концентрации растворенного вещества в питающем потоке к концентрации растворенного вещества в продукте. Последний способ при работе с высокоселективными мембранами характеризуется высокой чувствительностью. [c.67] Толщина слоя воды на других границах, например на границе раздела мембрана — раствор, будет меняться в зависимости от изменения химической природы растворенного вещества и границы раздела (см. гл. 4). В том случае, когда на границе раздела содержатся поры, диаметр которых (1 21 (рис. 2 28), приложенное давление, превышающее осмотическое, будет вызывать проникновение слоя чистой воды через мембрану, не пропуская более концентрированный раствор соли. Достоинство этой модели заключается в ее способности отражать свойства как раствора, так и химические и физические свойства мембраны. Вариации значений проницаемости и селективности могут быть объяснены существованием пор различных размеров. В действительности, как теперь предполагают, существует два вида распределения пор по размерам многочисленные малые поры размером, приблизительно равным 2( ( 10 А), что характерно, очевидно, для идеальных мембран, и случайные большие поры ( 100 А), которые обусловлены наличием дефектов в поверхностном слое асимметричных мембран (см. гл. 7). [c.68] Глюккауф и Саммон [113], Биан [115], Ю и др. [116] проанализировали воздействие электрических сил на ионы, которые не попадают в область низкой диэлектрической постоянной. Последняя является характеристикой, определяемой наличием различных полимерных и неполимерных групп в объеме полимера, и связана с параметром растворимости б следующей зависимостью- е =6/3,5. [c.69] Эффективность фракционирования ионных растворенных веществ находится в прямой зависимости от отношения давления к диэлектрической постоянной полимерной мембраны и размера пор. Согласно данным Биана [115], для мембраны с диэлектрической постоянной, равной 3, и диаметре пор 27 13,5 и 9 А отделение растворенных веществ для разбавленного раствора 1—1 электролита составит соответственно 90 99 и 99,9%. Для 99%-го отделения растворенного вещества с использованием тех же мембран размер пор должен составлять 27 А для 2—1 электролита и 40 А — для 2—2 электролита. С другой стороны, для мембраны из полимера с диэлектрической постоянной, равной 10, и размером пор 27 А отделение растворенных веществ для 1—1, 2—1 и 2—2 электролитов составляет соответственно 60, 83 и 97%. [c.69] На основе данных электрономикрографии поверхностных слоев целлулоидных мембран было определено, что радиусы пор составляют 18,5 А (слишком высоки при коэффициенте 4), а плотность пор — 6,5-10 1/см (слишком низка при коэффициенте 4). Эти неточности имеют тенденцию компенсировать одна другую, что обусловливает достаточную точность данного метода. [c.69] Как указывалось выше, производительность гиперфильтрации зависит от природы раствора ионного вещества. Ионы, которые характеризуются высокой плотностью заряда вследствие малого радиуса и (или) высокого заряда, имеют склонность находиться в более гидратированном состоянии, чем ионы с низкой плотностью заряда. Кроме того, при увеличении кристаллических радиусов достигается точка, выше которой гидратация не может быть продолжительной. Это объясняет тот факт, что селективность возрастает в ряду К+ На+ Ь1+, в то время как Сз+ КЬ+ К . [c.70] Сорбционно-диффузионная модель первоначально использовалась для объяснения проницаемости газов, паров и органических жидкостей через плотные, но бездефектные мембраны. Впоследствии она была использована Лонсдейлом и др. [108] для описания гиперфильтрации. [c.70] Произведение О] С] может быть определено из осмотических экспериментов, С[ — из данных сорбции воды плотной мембраной. [c.70] В первом приближении К не зависит от давления. Коэффициент диффузии определяется погружением плотных мембран известной толщины в раствор и измерением сорбции растворенного вещества как функции времени. [c.70] С помощью уравнений (2.6) и (2.7) можно было бы рассчитать теоретические уравнения растворенного вещества при любом данном давлении и концентрации раствора. Однако значения, полученные таким образом, редко коррелируют со значениями, полученными при проведении гиперфильтрации, что, по-видимому, обусловлено различием структур плотных мембран и поверхностных слоев асимметричных гиперфильтрационных мембран. [c.70] Предпринимались различные попытки решения сорбционнодиффузионной модели с учетом дефектов мембраны. [c.71] Однако применение такой модификационной сорбционно-диффузионной модели для описания гиперфильтрации нецелесообразно вследствие заведомо ложных основных ее предпосылок, что может привести к неверным выводам. [c.71] Более предпочтительно использовать сорбционно-капиллярно-поточную модель, которая дает возможность оценить физические и химические предпосылки для гиперфильтрации с использованием полимерных мембран. [c.71] Установлено, что удерживание мембраной растворенных ионных веществ возрастает с повыщением давления. При повышении давления уменьшается содержание воды, что также приводит к эффективному уменьшению е воды в мембране. С другой стороны, при повышении температуры возрастает е капиллярной воды и, следовательно, уменьшается удерживание растворенного вещества. [c.71] Можно добавить несколько дополнительных требований для ТФ-мембран и (или) полимеров, установленных эмпирически. [c.72] Коллоидные размеры частиц примесей обусловливают появление мутности, по которой можно оценить степень загрязнения. [c.72] Вернуться к основной статье