Определение пористости и размера пор мембран

Применяя для ультрафильтров мембраны с определенной степенью пористости, можно в известной мере произвести разделение коллоидных частиц и одновременно приближенно определить их размеры. Этим методом впервые были определены размеры целого ряда вирусов и бактериофагов. [c.293]

Знание структуры полупроницаемых мембран имеет большое значение при решении задач разработки количественной теории мембранных процессов и их успешной реализации. Поскольку пористые мембраны наиболее перспективны для проведения процессов обратного осмоса и ультрафильтрации, то целесообразно подробнее рассмотреть основные методы определения пористости, размера и распределения пор для этого типа мембран. [c.91]

В настоящее время различные фирмы, производящие мембраны, необязательно используют один и тот же метод определения пористости своей продукции. Поэтому одно и то же цифровое обозначение размера пор мембран двух различных производителей совсем не означает, что обе мембраны действительно имеют одинаковые размеры пор. Однако следствия, к которым приводит это отсутствие унификации в измерении пор, могут быть преувеличенными долгое время успешно практиковалась взаимозаменяемость мембран с близкими размерами пор, изготовленных различными компаниями. Тем не менее стандартизация отсутствует, и возможность в неоднозначном определении размеров пор существует . [c.85]

В зависимости от природы мембраны механизм осмоса будет различен. В одних случаях через мембрану свободно проходят только те вещества, которые в ней растворяются, в других случаях мембрана взаимодействует с растворителем, образуя промежуточные непрочные соединения, которые легко распадаются, и, наконец, она может представлять и просто пористую перегородку с определенными размерами пор. Природа осмоса еще недостаточно выяснена. [c.154]

Применяя полупроницаемые мембраны для ультрафильтрации с определенной степенью пористости, можно в известной мере разделить коллоидные частицы и приближенно определить их размеры. Необходимая пористость мембраны обеспечивается подбором соответствующего растворителя коллодия и условий сушки полученной пленки. [c.144]

В определенных условиях опыта наблюдается другое явление — электроосмос в пористом теле, поры которого заполнены раствором электролита, на границе твердого тела и раствора создается двойной электрический слой. В качестве пористого тела в данном случае могут служить различные диафрагмы, полученные из суспензий путем центрифугирования, или мембраны — эластичные пленки с порами коллоидных или молекулярных размеров. [c.13]

На рис. 2.1 в качестве примера показаны интегральная /(г) и дифференциальная fv(f) кривые распределения пор по эффективным радиусам г для тела с непрерывным спектром пор от Гт1п до Гтах И резко выраженным максимумом при г = 25 А. Такова модельная структура, характерная для пористых стекол. Рис. 2.2 дает представление о функции [(г) в трековых мембранах [8]. Интегральная кривая позволяет судить об изменении относительного объема пор (на единицу объема или массы пористой матрицы) дифференциальная кривая дает представление о количественном распределении пор определенного размера. Следует отметить, что структурные и дифференциальные кривые характеризуют не реальные полости матрицы мембраны, а их модельное представление в виде сфер, цилиндров и других геометрических форм. Методы получения функций распределения пор основаны на обработке изотерм сорбции в области капиллярной конденсации газа или на данных ртутной порометрни [1, 2]. [c.40]

Непосредственные наблюдения структуры поверхности мембран, а также ее поперечного среза или скола могут быть проведены методом электронной микроскопии. В случае непрозрачных для электронного пучка объектов, какими являются пористые пленки, применяют метод одноступенчатых платино-углеродных реплик [35]. Значительный объем информации о мембранах может быть получен путем сопоставления результатов, полученных при исследовании исходного раствора, фильтрата, концентрата и мембраны до и после проведения разделения на ней. Для этих целей приготавливают раствор, эмульсию или суспензию с определенной концентрацией веществ, имеющих известную молекулярную массу или известные размеры частиц [28, с. 36,95—96,136—137]. [c.67]

При определении характеристик мембраны ставится задача установления ее структурных и морфологических особенностей. Независимо от типа мембраны первой задачей после ее приготовления является определение ее характеристик по возможности простыми методами. В зависимости от типа предполагаемого процесса разделения она может быть пористой или непористой. Соответственно совершенно разные методы испытаний будут необходимы в каждом из этих случаев. Для оценки возможных размеров подлежащих отделению частиц или молекул удобно рассмотреть процесс ферментации, поскольку в нем присутствует очень широкий набор объектов разделения (частиц) с различными размерами. Наряду со взвешенными частицами (дрожжи, бактерии и т. д.) имеется широкое разнообразие химических веществ с различными молекулярными массами. Они включают низкомолекулярные компоненты, например, спирты (особенно этанол, присутствующий в вине, пиве и крепких алкогольных напитках), карбоновые кислоты (лимонная, молочная и глюконовая), L-аминокислоты (аланин, лейцин, гистидин, фенилаланин, глютаминовая кислота), а также высокомолекулярные продукты, например, ферменты. [c.165]

Часто приходится сталкиваться с путаницей при анализе результатов, полученных при испытаниях характеристик пористых мембран. Еще раз подчеркнем, что в данном случае речь идет о размерах пор, которые определяют, какие из присутствующих частиц пройдут через мембрану, а какие задержатся. Поэтому методы испытаний в сущности ограничены определением размера пор. Однако следует иметь в виду, что да ке если размер пор или распределение по размерам пор в мембране были определены вполне корректно, в реальном процессе разделения характеристики мембраны будут зависеть дополнительно совсем от других явлений, а именно от концентрационной поляризации и отложений на поверхности мембраны. [c.167]

Применяя для ультрафильтров мембраны с определенной пористостью, можно в известной мере разделить по размерам коллоидные частицы и одновременно приближенно определить их размеры. Этим спосюбом были опре-делёны размеры частиц ряда вирусов и бактериофагов. [c.86]

В заключение отметим, что сканирующая электронная микроскопия является простым и информативным методом определения характеристик микрофильтрационных мембран. Можно разрешить структуру мембраны верхней и нижней поверхностей и поперечного сечения, а также оценить пористость и распределение пор по размерам. Необходимо соблюдать предосторожность, чтобы техника приготовления образца не искажала реальной пористой структуры. [c.173]

Рассмотрим изопористую гидрофобную мембрану с множеством капилляров определенного радиуса в случае, когда в качестве пенетранта взята жидкость, самопроизвольно не смачивающая мембрану. На рис. IV-9 показана зависимость давления, необходимого для начала смачивания водой такой пористой мембраны, от размера пор. Представлены данные для мембраны из полипропилена. Поры очень малого диаметра в мембране будут смачиваться водой только при высоких давлениях. При некотором давлении мембрана становится смачиваемой и проницаемой, после чего поток через мембрану линейно возрастает с увеличением давления. Идеализированная кривая зависимости потока от давления показана на рис. IV-10. На самом деле синтетические микрофильтрационные и ультрафильтрационные мембраны, как правило, неоднородны по размерам пор, и поэтому излома кривой, соответствующего зависимости, представленной на [c.177]

Мембраны, используемые в фильтрации частиц, имеют открытую структуру, т. е. лишь небольшая часть объема мембраны занята самим полимером. У типичных мембран открытые поры занимают примерно 80—85 % ее объема. Такая пористость обеспечивает довольно высокую скорость потока фильтруемой жидкости через мембранный фильтр. До появления растровой электронной микроскопии считалось, что мембраны имеют цилиндрические поры строго определенных размеров, но исследование мембран под растровым электронным микроскопом обнаружило, что структура мембраны в значительной степени произвольна, а поры могут иметь любое сечение, кроме круглого (рис. 2.4, б). [c.29]

Настоящая глава была посвящена главным образом рассмотрению методов изготовления целлюлозных мембранных фильтров заданной пористости. Наиболее широко применяемыми материалами для мембран являются нитро- и ацетилцеллюлоза. Эти вещества образуют коллоидные растворы (золи) в определенных растворителях или в их смесях. Если такой золь разлить тонкой пленкой на стеклянную пластинку и подвергнуть регулируемому частичному испарению, начнется процесс желатинирования, ведущий к получению открытой мембранной струк-туры коллоидного типа. Большое разнообразие смесей растворителей и варьирование в широких пределах условий желатинирования позволяют получать мембраны с пористостью в очень широких пределах. Хотя принципы образования мембран с определенными размерами пор достаточно хорошо известны, очевидно также, что в производстве мембран важную роль играет эмпирический подход. [c.67]

В мембранах для микрофильтрации и ультрафильтрации существуют фиксированные поры, размеры которых можно определять различными методами. Чтобы избежать путаницы при определении пористых мембран, мы будем называть пористымии ультраи >ильтра-ционные и микрофильтрационные мембраны, избeгaLЯ употреблять [c.166]

Наибольшие затруднения возникают при определении кажущегося удельного веса. Объем не очень тонких образцов (больше 0,5 мм) можно определять из геометрических размеров, измеряя толщину микрометром. Для определения общей пористости более тонких мембран, толщина которых меньше 0,5 мм, лучше пользоваться методом Манегольда, по которому объем мембраны определяют посредством взвешивания ее в двух не-смешивающихся жидкостях (например, в воде и четыреххлористом углероде). Так, если Уп и рп — соответственно объем и вес пропитанного водой образца в воздухе и Рп г , —веса [c.53]

Слоистые мембраны получают путем прикрепления однородной тонкой пористой пленки из нитрата целлюлозы к картонной подложке, изготовленной из высокоочищенной целлюлозы. Такая пленка имеет губкоподобную структуру, характерную для поверхностных фильтров с хорошо определенными размерами пор. Довольно высокая прочность подложки во влажном состоянии обеспечивает создание слоистых мембран с прочностью, достаточной для того, чтобы выдержать усилия, развивающиеся при фильтрации под давлением. Слоистые мембраны сохраняют работоспособность даже при использовании для фильтрации жидкостей с пульсирующей подачей. Пленочный слой определяет производительность, химическую стабильность и эффективность удерживания фильтра. Он работает как микротонкое сито. [c.87]

В обзоре Блатта перечислены следующие основные требования, которые предъявляются к мембранам они должны обладать определенными размерами пор, пропускать раствор с достаточно высокой скоростью и иметь минимальную адсорбирующую способность. В настоящее время ряд фирм выпускает мембраны для фильтрации, в большей или меньшей степени удовлетворяющие этим требованиям (табл. 4). Наибольшее распространение получили анизотропные мембраны, состоящие из плотной, очень тонкой пленки-мембраны с избирательной проницаемостью, которая прикреплена к пористой подложке. В табл. 4 указана величина молекулярного веса веществ, задерживаемых мембраной, но в действительности мембраны задерживают не 100% соответствующих макромолекул, а несколько меньше. Отсюда следует, что для более полной задержки следует брать мембрану с меньшими, чем указано в таблице, величинами пор. Например, для альбумина (мол. вес 67 ООО) лучше использовать РМ-30, чем ХМ-50. Следует также помнить, что способность проходить через мембрану зависит не только от молекулярного веса, но и от формы молекулы и ее гибкости. Кроме приведенных вдабл. 4, следует упомянуть и о выпускаемых фирмой Sartorius (ФРГ) изотропных ультрафильтрах, изготовленных из регенерированной целлюлозы (серия SM 115, величина пор у разных фильтров серии 150—5 нм), ацетата целлюлозы (серия SM 117, величина пор 35—5 нм) и нитрата целлюлозы (серия SM 121, величина пор 15—5 нм). [c.27]

Уравнение VI-30 показывает, что поток обратно пропорционален квадратному корню из молекулярной массы. Для заданных мембраны и перепада давления она служит единственным параметром, определяющим поток. Следовательно, разделение двух газов по механизму кнудсеновского потока зависит от отношения квадратных корней из их молекулярных масс. Это означает, что обычно достигаются низкие степени разделения. Более высоких степеней разделения можно достичь лишь при использовании каскадов, включающих несколько связанных между собой модулей (см. гл. VIII), что часто бывает экономически неоправданным, поэтому до сих пор этот способ использован в промышленном масштабе лишь для обогащения гексафторида урана ( иГб), который относится к очень дорогим веществам. Достигнутый фактор разделения и чрезвычайно низок в идеальном случае фактор разделения равен 1,0043, но и этого значения не удается достичь на практике. (Завод, где этот метод реализован с использованием керамических мембран, находится в Три-кастэне, во Франции.) Следует отметить, что при транспорте газов через непористые мембраны (см. разд. VI.4.2.2) кнудсеновский поток не имеет места. В то же время при использовании непористых композиционных мембран с плотным верхним слоем на подложке пористой структуры кнудсеновский поток, величина которого зависит от размера пор подложки, дает определенный вклад в общий поток. [c.310]

Диффузия газов и паров через пористую мембрану в зависимости от размеров пор может происходить по типу свободной, кну дсеновской, поверхностной или твердотельной диффузии. Кроме того, определенную роль играют капиллярная конденсация пара и пленочное течение. Общее сопротивление массопередаче складывается из диффузионных сопротивлений пограничных слоев и диффузионного сопротивления собственно мембраны, которое, как правило, является определяющим. [c.538]

В этой модели предполагалось, что все потоки проходят через поры, которые составляют определенную долю поверхности мембран и имеют характерное распределение по размерам. Скорость потока и селективная проницаемость мембраны определяются ее пористостью, распределением по размеру пор и специфическими взаимодействиями внутри пор, заполненных жидкостью. Эта модель отличается очевидной умозрительной привлекательностью, и она широко используется для описания процессов ультраЛильтрации и переноса через биологические мембраны. [c.133]

В пористых сепараторах радиус пор велик по сравнению с молекулярными размерами. Поэтому взаи.модействие электролита со стенками пор практически не сказывается на характер прохождения ионного тока через сепаратор числа переноса отдельных ионов в них сохраняют такие же значения, как и в объеме электролита. В набухаюихих мембранах сильно выражено специфическое взаимодействие между индивидуальными ионами и макромолекулами. Вследствие этого в них часто наблюдается селективность, выражающаяся в то.м, что разные ионы при миграции задерживаются по-разному. В результате числа переноса ионов в мембранах отличаются от значений в электролите вне мембраны. В предельном случае определенные виды ионов полностью задерживаются, тогда говорят о полупроницаемых мембранах (см. гл. 5). [c.318]

Капиллярная модель (уравнение Хагена — Пуа-зейля). Если пористая мембрана состоит из прямых цилиндрических капилляров одинакового размера, то для определения скорости потока можно непосредственно использовать уравнение Хагена — Пуазейля [c.387]

Механизм осмоса может быть различен и зависит в основном от природы мембраны. В одних случаях мембрана взаимодействует с растворителем, образуя с ним непрочные соединения промежуточного характера. В других случаях через мембрану могут свободно проходить только те вещества, которые обладают способностью растворяться в ней. Мембрана может представлять собой просто пористую перегородку с порами определенного размера. Осмос можно наблюдать в специальных приборах, которые называются осмометрами. Простейшая схема осмометра приведена на рис. 45. Основной его деталью является осмометрическая ячейка 1, отделенная от сосуда 2 с чистым растворителем полупроницаемой мембраной, пропускающей только молекулы растворителя, но не растворенного вещества. Ячейку с концентрирован- ным раствором погружают в сосуд с растворителем—менее концентрированным раствором. Спустя некоторое время отмечается значительное повышение уровня жидкости в трубке. Объясняется это тем, что с поверхностью мембраны снизу сталкивается больше молекул растворителя, чем сверху, так как сверху часть поверхности ванята также молекулами растворенного вещества, не проникающего сквозь мембрану. Поэтому в единицу времени вверх переходит значительно больше молекул растворителя, чем в обратном направлении. [c.121]

Прежде чем описать существующие методы исследования и испытания мембран и задЗьчи, которые при этом ставятся, остановимся на размерах пор в мембранах, которые следует оценить (см. еще раз табл. 1У-1). Как правило, можно утверждать, что определение характеристик мембран становится тем более сложным, чем меньше размер существующих в них пор. Разные классы размеров пор требуют применения различных методов их определения. При этом как уже отмечалось, все мембраны могут быть разбиты на два крупных класса пористые и непористые (см. рис. IV-1). [c.166]

В соответствии с данным определением микрофильтрационные мембраны являются пористыми объектами, содержащими макропоры, а ультрафильтрационные мембраны — также пористые объекты с мезопорами в верхнем слое. Таким образом, тип пористых мембран предполагает наличие макропор и мезопор. Для мембран этого типа характеризуют не материал мембраны как таковой, а лишь ее поры. В таком случае размеры пор или распределение пор по размерам будет определять, какие частицы или молекулы будут задерживаться мембраной, а какие проходить через нее. Характеристики же разделения мало зависят от природы ее материала. С другой стороны, плотные мембраны для газоразделения или первапорации не содержат фиксированных пор, и в этих случаях характеристики работы мембран определяются их материалом. Морфология, а точнее, физическое состояние полимерного материала мембраны (кристаллический или аморфный, стеклообразный или высокоэластический) непосредственно определяет ее проницаемость. Такие факторы, как температура или взаимодействие полимерного материала с растворителями, оказывают значительное влияние на сегментальную подвижность. Поэтому свойства матерала мембраны будут зависеть от температуры, состава разделяемой среды и т. д. В данной главе описаны и обсуждены методы определения характеристик мембран, как пористых, так и непористых. [c.167]

Ультрафильтрационные мембраны также могут рассматриваться как пористые мембраны. Однако их структура существенно более асимметрична по сравнению со структурой микрофильтрационных мембран. Ультрафильтрационные мембраны состоят из тонкого верхнего слоя, находящегося на пористой подложке, причем сопротивление массопереносу почти полностью определяется верхним слоем. По этой причине определение характеристик ультрафильтрационных мембран включает характеристику верхнего слоя, его толщины, распределения пор по размерам и поверхностной пористости. Для ультрафильтрационных мембран типичны поры диаметром от 20 до 1000А. В связи с малостью размеров пор для определения характеристик ультрафильтрационных мембран непригодны методы, используемые для исследования микрофильтрационных мембран. Так, разрешение обычного сканирующего микроскопа, как правило, недостаточно для надежного определения размеров пор верхнего слоя. По этой же причине нельзя использовать и методы точки пузырька и ртутной порометрии, поскольку малые размеры пор требуют приложения высоких давлений, которые могут вызвать разрушение мембраны. Но измерения проницаемости можно использовать, однако, с другими типами растворенных веществ. Ниже мы обсудим следующие методы определения характеристик ультраьфильтрационных мембран [c.180]

Метод термопорометрии основан на калориметрических измерениях фазового перехода твердое тело — жидкость (например, для чистой воды) в пористом материале. Это явление может происходить в поверхностном слое асимметричной мембраны, причем температура замерзания воды в порах (степень переохлаждения) зависит от размера пор. При уменьшении размера пор снижается температура замерзания воды. Поры определенного размера характеризуются собственной температурой замерзания. Для цилиндрических пор, заполненных водой, может быть получено следующее уравнение [6] [c.184]

Требования, которые должны предъявляться к мембранам, применяемым в мембранной дистилляции, очевидны. Во избежание смачивания поверхностная энергия полимера должна быть по-возможности низкой. Следовательно, высокогидрофобные материалы, такие, как политетрафторэтилен, поливинилиденфторид или полипропилен, должны использоваться в комбинации с жидкостями, имеющими высокое поверхностное натяжение, например, с водой. Оптимизировать мембрану далее едва ли представляется возможным, так как селективность определяется равновесием жидкость — газ. Что касается потока, то он поддается оптимизации, и здесь наиважнейшим параметром является пористость (поверхностная и общая пористость). Увеличение пористости, как правило, сопровождается увеличением размера пор, что в свою очередь благоприятствует смачиванию. Желательно, чтобы высокая пористость (70-80%) мембраны сочеталась с размером пор порядка 0,2-0,3 мкм. Особое внимание нужно уделять определению пор максимального размера, поскольку смачивание в первую очередь обеспечивается наибольшими порами и их размер не должен сильно отличаться от среднего размера пор. Полезно пользоваться как можно более тонкими мембранами. В целом мембраны для мембранной дистилляции могут быть совершенно идентичными тем, которые применяются в микрофильтрации. [c.366]

Желатиновые мембраны фирмы Сарториус имеют толщину 250 мкм и диаметр 50 мм. Они выпускаются стерилизованными окисью этилена, хотя для их стерилизации можно использовать также гамма- или ультрафиолетовое излучение. По своей внутренней структуре они аналогичны обычным мембранным фильтрам с 80 %-ной пористостью и плотностью пор около 10 см-2. Основной размер пор, определенный методом продавливания ртути, составляет 0,3 мкм, но благодаря силам электростатического притяжения эти мембраны улавливают бактерии много меньших размеров. Согласно литературным данным, желатинные мембраны задерживают 99,98— 99,99 % жизнеспособных бактерий. Коллер и Роттер [129] для подсчета частиц в воздухе использовали счетчик до и после пропускания потока воздуха через желатиновые мембраны и показали, что задерживается 99,954 % частиц диаметром 0,5— 1,0 мкм и 99,967% частиц диаметром 1,6—3,0 мкм. Шуерманн [181] показал, что воздух можно пропускать через эти мем- [c.401]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология