Поры, пористость мембран

Транспорт компонента разделяемой газовой смеси через пористую основу мембраны осуществляется одновременно несколькими механизмами переноса, в зависимости от структуры матрицы, свойств веществ и термодинамических параметров процесса. В общем случае движение компонентов смеси может вызываться конвективно-фильтрационным переносом, различного вида скольжениями вдоль поверхности пор, объемной диффузией, баро- и термодиффузией, кнудсеновской диффузией (эффузией), поверхностной диффузией, пленочным течением вследствии градиента расклинивающего давления, капиллярным переносом конденсированной фазы в анизотропных структурах. Вещество в порах скелета мембраны, как показано ранее, может находиться в виде объемной газовой фазы, капиллярной жидкости и адсорбированной пленки. Для каждого из этих состояний возможно несколько механизмов переноса, взаимосвязанных между собой. Не все виды переноса равнозначны по своему вкладу в результирующий поток веществу, поэтому при вычислении коэффициента проницаемости необходимо определить условия, при которых те или иные формы движения вещества являются доминирующими [З, 9, 10, 14—16]. [c.54]

Выделяют два качественно различных типа жидких мембран (см. рис. У1-23) 1) Жидкая пленка иммобилизована в порах пористой мембраны. Пористая мембрана служит только сеткой или суппортом для жидкой мембраны. Такой тип мембраны называется иммобилизованной жидкой мембраной (ИЖМ) или поддерживаемой жидкой мембраной (ИЖМ)"". Такие мембраны могут быть легко приготовлены пропиткой пористой (гидрофобной) мембраны подходящим органическим растворителем. 2) Ко второму типу жидких мембран относятся эмульсионные жидкие мембраны (ЭЖМ), которые также просто образуются, как показано на схеме рис. У1-24. Здесь две не смешивающиеся фазы, например вода и масло, интенсивно перемешиваются,и [c.339]

Принцип метода схематически проиллюстрирован рис. 1У-21. При относительном давлении рг рг = р/р ) равном единице, все поры пористой мембраны, ультрафильтрационной или микрофильтрационной, заполнены жидкостью, при этом не происходит переноса газа через мембрану. При понижении относительного давления сконденсированный газ удаляется из наиболее крупных пор, в соответствии с законом Кельвина (уравнение 1У-б), что позволяет измерять диффузионный поток газа через открывающиеся поры. При дальнейшем понижении относительного давления более мелкие поры становятся доступными для диффузии газа. При понижении относительного да- [c.188]

В—структурная константа мембраны при расчете селективности D—коэффициент диффузии Dam—коэффициент диффузии растворителя в мембране d—диаметр поры мембраны dr.a—диаметр гидратированного иона а—эквивалентный диаметр канала /о— пористость мембраны G—проницаемость мембраны АЯ—теплота гидратации I— ионная сила раствора 1—коэффициент Вант-Гоффа К—степень очистки раствора /Ср—коэффициент разделения к, La, Lp—расход концентрата, исходной жидкости и растворителя соответственно [c.11]

Sv—площадь поверхности пор в единице объема пористой мембраны [c.8]

Получение пористых полимерных мембран, пригодных для разделения газовых смесей, не отличается от обычных и хорошо известных в литературе способов создания ультра- и микро-фильтрационных мембран [3—5]. Мембрана образуется из раствора полимера в результате частичного испарения летучих растворителей и разделения системы на фазы при охлаждении. Возникает губчатая структура пор, размеры которых можно направленно менять в широких пределах (10- —10 м). Полимерные пористые мембраны изготовляют в форме пленок и волокон с изотропной и ассиметричной структурой пор [6, 7]. [c.39]

Диализующие пористые мембраны применяются при диализе, ультрафильтрации, электродиализе и др. Они обладают пористостью, примерно, от 2 до 2 1. Размер пор коллодийных мембран регулируют подбором состава растворителей и условий испарения растворителя из пленки добавление хороших растворителей к исходному раствору [c.213]

В мембранах с более крупными порами с ростом среднего давления селективность процесса значительно ниже предельной, причем наблюдается максимум селективности, смещающийся с ростом <гп) и Р в сторону больших значений Рд. Эти явления вполне объяснимы влиянием концентрационной диффузии, фильтрационного переноса, а также поверхностной диффузии [см. уравнения (2.69) —(2.71)]. Смещение максимума aij при фиксированном значении среднего давления в мембране определяется снижением давления в напорном канале и, следовательно, изменением механизма переноса в прилегающей области пористой мембраны. [c.66]

Обратноосмотические мембраны отличаются от других типов мембран (ионно-обменных, непористых, ультрафильтрационных) невысокой плотностью поверхностного заряда, малыми размерами пор (г 20 30 А) и отрицательной адсорбцией растворенного вещества, связанной с дальнодействием поверхностных сил. Поэтому в первом приближении можно использовать для расчетов модель незаряженных пор. Ввиду малости размеров пор и неопределенности их геометрии целесообразным упрощением является введение средних скоростей течения жидкости в порах и//и (где т — пористость мембраны), средних коэффициентов диффузии растворенного вещества в поровом пространстве а, также осредненных по сечению пор значений концентрации С и потенциала взаимодействия молекул с поверхностью пор Ф = i//k7. Расчет осредненных значений и Ф применительно к различным моделям пористой структуры (цилиндрические и щелевые поры) сделан в работах [28—30]. [c.300]

Размер пор и общая пористость мембраны зависят от многих факторов, в том числе от состава раствора для полива, типа растворителя и порообразователя и др. [c.49]

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]

Общей пористостью мембраны W называется отношение объема пор Ур к общему объему У , т. е. объем пор [c.51]

Величину общей пористости мембраны, необходимую для вычисления среднего радиуса пор, находят по уравнению (3), определив предварительно объем, вес в воде водонасыщенной мембраны и ее сухой вес (стр. 54). Зная объем образца водонасыщенной мембраны й его площадь (стр. 59), вычисляют толщину мембраны по уравнению (12). [c.60]

Приступая к выводу основных уравнений электрофореза и электроосмоса, рассмотрим две модели. Одна из них — пористая мембрана, насквозь пронизанная цилиндрическими капиллярными порами, другая — дисперсная система, содержащая длинные цилиндрические частицы, оси которых совпадают с направлением силовых линий электрического поля (рис. 37). Двойной электрический слой будем рассматривать как плоский конденсатор. [c.94]

В лабораторной практике наиболее широкое распространение нашел метод полупроницаемой мембраны [15, 19, 76, 83], в котором распределение пор по размерам находят из соотношения капиллярное давление-насыщенность образца жидкостью. Метод отличается длительностью проведения опыта (порядка 20-25 сут) и ограничением измеряемых размеров пор исследуемого образца размерами пор полупроницаемой мембраны. При проведении исследований распределения пор по размерам методом полупроницаемой мембраны отмечается остающаяся на стенках поровых каналов пленка смачивающей жидкости [16, 30, 83], поэтому этот метод может быть использован для оценки влияния молекулярно-поверхностного взаимодействия насыщающей жидкости с материалом скелета пористой среды. [c.69]

Ультрафильтрация через пористые мембраны представляет собой метод диффузии молекул через ряд мембран различной пористости. Скорость диффузии зависит от молекулярного размера и степени проницаемости мембран. Высокопористые мембраны готовят из чистых биологически инертных нитрата целлюлозы, ацетата целлюлозы, регенерированной целлюлозы и других полимеров. Эти мембраны называются поверхностными фильтрами. В противоположность глубинным фильтрам, полученным из волокнистых материалов, они отличаются исключительно высокой эффективностью удерживания, что обусловлено их весьма однородной пористой структурой и одинаковым размером пор. Большая часть вещества при фильтрации раствора задерживается на поверхности эффект сита). [c.86]

Пористые мембраны нашли широкое применение прежде всего в процессах обратного осмоса, микро- и ультрафильтрации, реже-для разделения газов. Они имеют как анизотропную, так и изотропную структуру. Мембраны с анизотропной структурой имеют поверхностный тонкопористый слой толщиной 0,25-0,5 мкм (называемый активным, или селективным), представляющий собой селективный барьер. Компоненты смеси разделяются именно этим слоем, располагаемым со стороны разделяемой смеси. Крупнопористый слой толщиной примерно 100-200 мкм, находящийся под активным слоем, является подложкой, повышающей механическую прочность мембраны. Мембраны с анизотропной структурой характеризуются высокой удельной производительностью, более медленной закупоркой пор в процессе их эксплуатации. Срок службы этих мембран определяется главным образом химической стойкостью материала мембран в перерабатываемых средах. Для мембран с изотропной структурой характерно быстрое снижение проницаемости вследствие закупорки пор коллоидными или взвешенными частицами, часто содержащимися в разделяемых растворах. [c.315]

Подходящий прибор состоит из закрытого резервуара и вместилища, разделенных тщательно укрепленной мембраной соответствующей степени пористости. Мембраны, обычно применяемые для испытания на стерильность, имеют номинальный размер пор 0,45 мкм, диаметр около 47 мм и обеспечивают скорость потока воды 55—75 мл в минуту при давлении 90 кПа (700 мм рт. ст). Желательно весь прибор до применения собрать и простерилизовать с укрепленной в нем мембраной. Если ожидается, что каждая мембрана будет загрязнена культурой, следует использовать установку по меньшей мере с 2 фильтрами. [c.173]

Разделение смесей газов на компоненты может быть осуществлено при помощи мембранных методов (см. 18.5). Для разделения могут быть использованы как пористые, так и непористые мембраны. В случае применения пористых мембран размер пор должен быть меньше, чем средняя длина свободного пробега молекул. При этом условии перенос молекул газа через мембрану будет происходить за счет так называемой кнудсеновской диффузии. Вероятность столкновения молекул между собой будет пренебрежимо мала по сравнению с вероятностью столкновения молекулы со стенкой 1юры мембраны. Молекулы будут проникать через мембрану со скоростью, обратно пропорциональной корню квадратному из молекулярной массы молекулы. Поэтому при помощи пористых мембран могут разделяться газовые смеси, состоящие из компонентов, молекулярные массы которых заметно различаются. Пористые мембраны отличаются сравнительно высокой проницаемостью, но низкой селективностью. [c.44]

В общем случае на основании одной лишь зависимости потока или задерживания растворенного вешества от давления невозможно отличить перенос по механизму растворения и диффузии от переноса по механизму течения в порах. Однако эти механизмы формирования потока можно различить по его температурной зависимости. Поток воды через пористые мембраны характеризуется температурной зависимостью, близкой к температурной зависимости вязкости воды, тогда как температурная зависимость потока воды через мембраны, описываемые моделью растворения и диффузии, обычно сильнее. [c.143]

От степени пористости мембраны зависит ее проницаемость (О). Проницаемость мембраны — величина, которую можно количественно учитывать и регулировать, изменяя и регулируя величину пор мембраны. Часто проницаемость мембраны характеризуют константой проницаемости (р). [c.198]

Далее изменяют (увеличивают или уменьшают) концентрацию хлорид-иона в левом отделении, добавляя либо известный объем стандартного раствора хлорида натрия, либо известный объем раствора, не содержащего хлорид-иона, до тех пор, пока э. д. с. элемента не станет равной нулю. В идеальных условиях, когда э. д. с. элемента равна нулю, концентрации хлорид-иона в растворах на каждой стороне пористой мембраны должны быть равными. Для обеспечения, насколько это возможно, идеальных словий ионная сила и состав растворов по обе стороны мембраны должны быть одинаковыми. На практике обычно во все растворы, для того чтобы свести к минимуму любые незначительные изменения в ионной силе и составе неизвестных проб, добавляют фиксированную высокую концентрацию некоторого электролита, например 1 Г раствор серной кислоты. [c.400]

Ниже сообщается об измерении ПМ-релаксации воды, адсорбированной на пористых стеклах с наименьшим (29 А) и наибольшим (189 А) размерами пор. Обессоливающие мембраны на основе этих стекол были изучены ранее [8]. Исследование проводили для образцов с тремя различными степенями покрытия в диапазоне температур от —80 до -1-90 °С. Использованная модель релаксации сходна с той, которая приведена в работе [6] для изучения адсорбции воды при двух степенях покрытия [c.315]

Величина пористости мембраны, а также форма и длина пор влияют на ее проницаемость. Проницаемость (удельную производительность) мембраны [в м (м2-с)] выражают через объем V фильтрата, полученный с единицы рабочей площади F мембраны в единицу времени т, т. е. в соответствии с законом Дарси [c.148]

Для графической оценки кривой вытекающий поток — давление, экспериментально найденной для пористой мембраны, непрерывная кривая (см. рис. 2.15) заменяется ступенчатой кривой (рис. 2.16), в которой абсцисса делится на интервалы (например, АВ) и непрерывная кривая А В заменяется ступенчатой кривой В А. Это означает, что поры, которые реально присутствуют в интервале ЛВ и чьи радиусы изменяются между значениями Гз=2а[Рз и / <=20/ 4, заменяются определенным числом Пз,4 капилляров с общим радиусом лз,4= 72( з-+-Г4). Следовательно, число nз, представляет собой число пор радиуса Гз,4, которые позволяют проникать тому же объему жидкости, как и сумма действительных пор в интервале АВ, имеющих радиусы между значениями Гз и /-4. [c.55]

Отжиг пористой мембраны (особенно такой, которая содержит нерастворитель, способный действовать в некоторой степени как пластификатор) приводит к уменьшению объема пустот и проницаемости и, поскольку размер пор обычно тоже уменьшается,— к увеличению селективности. Это объясняется тем, что тепловая энергия вызывает поступательное движение макромолекул, в результате чего полярные группы на тех же и (или) соседних молекулах могут сблизиться настолько, что образуют фактически сшивки за счет диполь-дипольных взаимодействий. Эти сшивки стремятся уменьшить подвижность цепей в нерастворяющей среде их возникновение необратимо из-за неспособности нерастворителя сольватировать и, следовательно, внедряться между полярными группами. [c.260]

В мембранах этого класса транспорт ни в коей мере не определяется мембраной (или мембранным материалом), а связан со специфической молекулой-переносчиком. Переносчик содержится в жидкости, которая локализована внутри пор пористой мембраны. Селективность разделения зависит в основном от специфичности молекуохы-переносчика. При тщательном выборе переносчика может быть получена очень высокая селективность. Перемещаемый компонент может [c.90]

Экспериментально установлено, что закономерности эффузионного разделения соблюдаются достаточно строго лишь при Я->0. Влияние давления на проницаемость паров через пористые мембраны показано на рис. 2.5, где использованы опытные данные по проницаемости бутана через пористое стекло Вп-кор при 0°С [3J. Комплекс Ai MiT)° представлен как функция относительного давления PjPv T), определяющего, согласно (2.27) и (2.28), адсорбционный потенциал. Интересно, что проницаемость заметно выше предсказанной теорией, даже Б области, где заведомо обеспечен режим свободномолекулярного течения. При дальнейшем росте давлени в порах мембраны проницаемость монотонно увеличивается, экспериментальная кривая имеет четко выраженный максимум и довольно крутую ниспадающую ветвь. [c.58]

Рассмотрим особенности процессов массопереноса в пористых и непористых мембранах. Существуют как неорганические пористые мембраны, так и полимерные пористые мембраны. Матрицы пористых мембран, применяемых ддя мембранного разделения газов, имеют средние радиусы пор в пределах от 1,5 нм до 200 нм. На ироцессы переноса кошюнептов газа в таких мембранах, оказывают влияние структурные характеристики пористой среды. К их числу относится пористость П, т. е. объемная доля пор, суммарная поверхность всех пор в единице объема пористого тела Sy, средний диаметр пор d. Больщое значение имеет также распределение пор по размерам и степень извилистости каналов. [c.418]

В табл. 2.3 в качестве примера приведены значения коэффициента проницаемости и фактора разделения для пористой мембраны ( Кис1ероге ) с эффективным диаметром пор <( п>=0,03 мкм [20]. Селективностью процесса разделения в пористых мембранах можно управлять не только изменением поровой структуры и режимных параметров процесса Р и Т. В работе [21] исследована проницаемость селективность пористых стекол с модифицированной поверхностью пор. Изменение состояния поверхности проводили этерификацией силанольных групп спиртами (метанолом, этанолом и 1-пропанолом) [c.67]

При графической обработке экспериментально найденная для пористой мембраны плавная кривая зависимости расхода от давления (см. рис. П-20) заменяется ступенчатой (рис. 11-21) путем деления абсциссы на отрезки, например АВ. Это означает, что реально существующие в интервале АВ поры, радиус которых лежит в пределах от гз = =i(l2a// 3) os 0 до / 4= (2a// 4) os0, заменяют некоторым числом Л34 капилляров одного радиуса Г34 = (гз-Ьг4)/2. Число пц представляет собой число пор радиуса Г34, через которые в интервале АВ проникает столько жидкости, сколько через все реальные поры радиусом от [c.98]

Гиперфильтрация и у л ь т р а ф и л ь т р а ц и я — методы разделения растворов фильтрованием через пористые мембраны. При гиперфильтрации мембраны имеют поры размером около С,i нм и пропускают молекулы воды, но непроницаемы (или полупроницаемы) для гидратированных ионов солей или недиссоцинро-ваиных молекул. Ультрафильтрация — разделение растворов, содержащих высокомолекулярные соединения, мембранами, поры которых имеют диаметр около 5—200 нм. Для гиперфильтрации применяются ацетатцеллюлозные, полиамидные и другие полимерные мембраны. При фильтровании давление фильтрации должно превышать осмотическое при гиперфильтрации солевых растворов рабочее давление составляет 5—10 МПа при концентрации солей 20—30 г/дм1 [c.247]

Помимо сильно выраженной седиментации для суспензий характерны такие процессы, как флотация, фильтрация и кольматация. Явление флотации рассмотрено в 19.2. Фильтрация через пористые мембраны приводит к разделению суспензий на твердую и жидкую фазы. Кольматацией называют процесс, используемый для уменьшения водопроницаемости гидротехнических сооружений из грунтов— дамб, плотин и т. д. — путем вмыва в них высокодисперсных глин или ила, частицы которых проникают в поры грунта и закупоривают их. [c.452]

Примерами полупроницаемых мембран могут быть клеточные перегородки животного или растительного происхождения. Искусственные полупроницаемые мембраны образуются, если два раствора встречаются в порах пористого материала. Соли меди (П) и гексацианоферрата (И) калия реагируют в порах керамики с образованием полупроницаемой мембраны гексацианоферрата меди(И) Сп2ре(СЫ)б. [c.202]

Гипотеза о механизме обратного осмоса с учетом роли электростатических сил была высказана Глю-кауфом [29]. Его точка зрения основана на том, что свободная электростатическая энергия иона в капиллярах пористой мембраны выше, чем в объеме раствора, так как материал мембраны имеет низкую диэлектрическую постоянную. Поэтому концентрация ионов в порах должна быть значительно ниже, чем в объеме раствора, т. е. на ионы должна действовать выталкивающая сила. Эта гипотеза вполне удовлетворительно объясняет процесс разделения растворов [c.28]

Обычно плотный слой мембраны определяет ее задерживающую способность (селективность) по отношению к тому или иному компоненту смеси, а пористая ее часть служит субстратом, выполняющим роль несущей подложки. С этой точки зрения понятно стремление иметь максимально тонкий и бездефектный плотный слой. Пористые мембраны служат основой получения составных мембран, полученных наложением друг на друга и соединением нескольких мембран или мембран с другими пористыми материалами с целью увеличения прочности мембраны, изменения ее проницаемости для отдельных компонентов разделяемых смесей, повышения производительности и т. д. Существуют различные варианты составных мембран. Примером таких материалов служат мембраны, полученные путем образования уль-тратонких пленок на пористых мембранах или на различных пористых подложках (ткани, бумаге и пр.). Кроме того, составные мембраны могут быть получены путем заполнения пор материала другим веществом, влияющим на процесс мембранного разделения. Динамические и жидкие мембраны являются также разновидностью составных мембран и их целесообразно выделить в отдельный класс, так как в отличие от других составных мембран они всегда образуются и существуют непосредственно в процессе эксплуатации при разделении жидких смесей. [c.43]

Перед сушкой во избежание необратимой усадки мембраны импрегнируют труднолетучими жидкостями, например глицерином или его водными растворами. Иногда к глицерину добавляют поверхностноактивные вещества. Импрегнирование может быть проведено в барке с транспортирующими валиками. Продолжительность операции составляет в зависимости от пористости мембраны и температуры от 2 до 30 мин. После имнрегнирования мембрану высушивают, При этом вода испаряется, а глицерин (или другая труднолетучая жидкость) остается в мембране, заполняя поры. [c.127]

Здесь коэффициент пропорциона п,ности В характеризует такие свойства мембраны, как природа материала, структура пор, пористость, распределение пор по размерам, толщина мембра . Разность парциальных давлений Др зависит только от разности температур по разные стороны от мембраны. В свою очередь, разность температур определяется гидродинамическими условиями осуществления процесса (т. е. скоростью жидкости с двух сторон от мембраны) и конструкцией модулей. От них будет зависеть так называемая температурная поляризация, которая приводит к уменьшению движущей силы процесса. При проведении процесса мембранной дистилляции вещество переносится через мембрану в виде пара. Тешюта, необходимая для парообразования, подводится к поверхности мембраны из объема жидкости. В результате температура будет понижаться по направлению к мембране. Разность температур жидкости вдали от поверхности мембраны и вблизи ее поверхности называется температурной поляризацией. Аналогичным образом со стороны бо.лее холодной жидкости температура будет понижаться в направлении от поверхности мембраны в сторону жидкости (рис. 15.6.4.2). Наличие гемнературной поляризации приводит к з меньщению перепада температур на мембране, т. е. уменьшает движущую силу процесса. [c.436]

Полученная формула показывает, что температурная поляризация возрастает при увеличении потока вещества через мембрану, т. е. при росте движущей силы процесса и при увеличении коэффициента тегшопроводности мембраны. Эффективный коэффициент теплопроводности мембраны зависит от коэффициента теплопроводности полимера, из которого изготовлена мембрана, пористости мембраны и коэффициента теплопроводности пара, заполняющего поры мембраны. Увеличение коэффициентов теплоотдачи приводит к снижению температурной поляризащш. [c.437]

Эффект пористости гетерогенных мембран. Многие авторы ID25, G37, 43, Н61, S56, 57, 59, W16, 39] утверждали о возможном влиянии различной пористости мембраны на БИП и пришли к выводу, что, если поры мембраны маленького размера, может иметь значение ситовый эффект. Известно, что большие противоионы не будут поглощаться, если ионит сильно сшит [Н5]. [c.87]

Эти процессы можно классифицировать в порядке уменьще-ния размеров частиц и пор на микрофильтрацию (МФ), у л ьтр а ф и л ь т р а ц и ю (УФ) и г и п е р ф и л ьтр а ц и ю (ГФ). Последний процесс называется также обратным осмосом (00). В каждом из этих процессов используются пористые мембраны, препятствующие переходу растворенных или суспендированных частиц. [c.49]