ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Выбор материала мембраны из "Мембранные процессы разделения жидких смесей" Выбор материала мембраны для разделения заданной смеси компонентов А ж В заключается, следовательно, в отыскании такого полимерного материала, который обеспечил бы высокую селективность и скорость сорбции. Селективность сорбции определяется природой компонентов А ш В ъ природой полимера. Наилучшие результаты поэтому достигаются обычно в том случае, когда растворимость, например, компонента А в полимере значительно больше растворимости компонента В. Тогда при благоприятном соотношении скоростей диффузии Оа в) проникшая через мембрану смесь будет значительно обогащена компонентом А. [c.141] Выбор полимера может быть произведен различными методами. Одним из них является метод [21, 23, 48], основанный на подборе полимера со значением параметра растворимости бп, близким к параметру растворимости компонента А. По Гильденбранту [491 и Скат-чарду [50], параметр растворимости бр = (А /Р0 5 где Д /У — плотность энергии когезии (ПЭК), т. е. энергия испарения, приходящаяся на единицу объема. По методу Джи [51] параметр растворимости для полимера б принимают равным соответствующему параметру для растворителя бр, в котором слегка сшитый полимер набухает в наибольшей степени. Смолом [52, 53] предложен метод, по которому на основании данных для простых жидкостей рассчитывают ПЭК различных молекулярных групп (аналогично значениям парахора), а затем ПЭК полимера. Однако этот метод может быть использован только при отсутствии специфического взаимодействия (например, водородных связей) между низкомолекулярным растворителем и полимером. Для выбора полимера могут быть использованы и табличные данные [48, 54—58]. [c.141] Иллюстрацией к использованию указанного метода могут служить приводимые в табл. П-5 результаты работ Картера и Яганадасвамы [23] по разделению на полиэтиленовой мембране трех бинарных смесей, составленных из веществ с различными параметрами растворимости и близкими молекулярными размерами. [c.141] Свини и Роуз [58] испытали большое число мембран на проницаемость их различными жидкостями и сопоставили значения скоростей проницания с полярностью этих жидкостей и мембран. Как показали их результаты, полярные жидкости хорошо проникают через полярные мембраны, а неполярные жидкости — через неполярные мембраны. Известно, что такие системы являются лиофильными. Мембраны в лиофильных системах сильно набухают и являются по сути дела концентрированными коллоидными системами — студнями. Совершенно не взаимодействуют мембраны и жидкости, не совпадающие по полярности. В этом случае мембраны обладают наименьшей проницаемостью. [c.141] Для целей разделения выгодно пользоваться лиофильными мембранами. О величине сил взаимодействия мембраны с жидкостью часто можно судить по их полярности. Однако, поскольку эти силы складываются из нескольких элементов ориентационного, индукционного и дисперсионного эффектов, водородной связи, то возможны случаи, когда полярность плохо (неоднозначно) характеризует их величину. Например, целлюлоза в воде набухает гораздо сильнее, чем в некоторых более полярных веществах (ацетон, дихлорэтан). [c.142] Считают [57, 58], что растворимость более полно определяется возможностью (или невозможностью) образования молекулами растворителя водородной связи с молекулами растворенного вещества. С этой точки зрения представляет интерес работа Шродта, Свини и Роуза [43], хотя авторы и пришли к выводу, несколько отличному от указанного ранее относительно влияния растворимости. Результаты экспериментов, представленные в табл. П-6, были использованы для отыскания качественной теории, по которой можно было бы ориентировочно предсказать направление разделения главным образом химически неподобных компонентов. [c.142] Результаты разделения гликоля и метанола на мембранах из поливинилхлорида объясняются различиями в размерах молекул. Более быстрое проникание хлороформа и ацетона в системах хлороформ — трихлорэтилен — саран и ацетон — хлороформ — саран объясняются меньшей относительной растворимостью первых компонентов указанных смесей в полимере. Ни с механизмом силовой ассоциации, ни с принципом — менее растворимый проникает быстрее , который был сформулирован Бэррером [59] для паро-проницаемости полимеров, не согласуются результаты разделения на полиэтиленовых мембранах трех бинарных смесей ацетона, хлороформа, четыреххлористого углерода. [c.144] Авторы описанной выше работы считают, однако, что аномальные результаты проницаемости мембраны из полиэтилена требуют проявления некоторой осторожности в применении пункта 5 основных выводов. [c.144] Большую роль в работе Шродта, по мнению Картера, играет именно это положение, так как ни одна из жидких смесей в его работе не была водной и целлофан вряд ли мог набухать. Поэтому водородная связь играет, вероятно, большую роль при диффузии молекул через ненабухшую мембрану (при малых значениях проницаемостей). [c.145] Выводы Шродта, Свини и Роуза требуют дальнейшего рассмотрения и обсуждения с привлечением более обширных экспериментальных результатов. Безусловно, рассмотрение возможности образования водородной связи между растворителями и материалом мембраны окажется плодотворным, поскольку уже накопленный фактический материал [56, 571 указывает на большое значение водородной связи в различных физико-химических процессах. [c.145] Для ориентировочного предсказания направления процесса разделения может быть использован метод, предложенный Биннин-гом [60], который классифицирует мембраны на два основных типа гидрофильные и гидрофобные. [c.145] К гидрофильным мембранам Биннинг относит мембраны из регенерированной целлюлозы (целлофан), ацетата целлюлозы, поливинилового спирта, полиакрилонитрила, найлона и т. д. к гидрофобным — мембраны из сложных эфиров целлюлозы, такие, как пропионат целлюлозы, бутират целлюлозы, ацетобутират целлюлозы, с содержанием ацетильных групп 5—15% и бутирильных групп 35—50%, мембраны из полиэтилена, полипропилена, неопрена и др. [c.145] Если в растворе один из компонентов является гидрофобным, а другой гидрофильным, для целей разделения могут быть использованы как гидрофильные, так и гидрофобные полимеры. В первом случае проникшая смесь будет обогащена гидрофильным компонентом, во втором — гидрофобным, как показано в табл. П-7 на примере разделения азеотропных смесей бензол — метанол и пиридин — вода с помощью мембран из полиэтилена и целлофана. Если оба компонента являются гидрофобными, мембрана также должна быть гидрофобной. В противном случае, при использовании мембран из гидрофильного материала, скорости разделения будут ничтожными. То же относится и к смеси гидрофильных веществ. [c.145] Метод Биннинга позволяет предсказать направление процесса при разделении смесей компонентов с большим различием в гидрофильности и предопределить (ограничить) выбор материала мембраны степенью его гидрофильности. Однако проницаемости мембран одного и того же типа по отношению к компонентам заданной смеси могут быть весьма различными, как это видно из табл. П-7 на примере разделения смеси н-гептан — изооктан. [c.145] Вернуться к основной статье