Мембранные методы разделения веществ

Мембранные методы разделения веществ 3.3.1. Внутригрупповая классификация методов [c.214]

К основным мембранным методам разделения жидких систем относятся обратный осмос, ультрафильтрация, диализ, электродиализ. В любом из этих процессов разделяемый раствор вводится в соприкосновение с полупроницаемой мембраной с одной ее стороны. Вследствие особых свойств полупроницаемых мембран прошедшая через них смесь обогащается одним из компонентов. В ряде случаев процесс проходит настолько полно, что продукт практически не содержит примесей, задерживаемых мембраной. И наоборот, применяя тот или иной мембранный метод разделения, можно получить в растворе перед мембраной компонент или компоненты практически без примесей вещества, прохо- [c.13]

Примерно в 1860 г. английский химик Томас Грэм (1805—1869) обнаружил, что такие вещества, как клей, желатина, альбумин и крахмал, диффундируют в растворе очень медленно их скорости диффузии составляют сотые доли скоростей диффузии обычных растворенных веществ (например, соли или сахара). Грэм установил также, что вещества этих двух типов заметно различаются по своей способности проходить через мембрану, изготовленную из пергамента или коллодия если раствор сахара и клея поместить в мешок из коллодия и этот мешок опустить в проточную воду, то сахар быстро проникает через стенки мешка и переходит в воду, а клей остается в мешке. Такой процесс диализа лежит в основе очень удобного метода разделения веществ этих двух типов. [c.269]

Все большее распространение получают мембранные методы разделения для очистки сточных вод от опасных и вредных веществ. [c.112]

В химической и нефтехимической промышленности мембранные методы разделения применяют для разделения азеотроп-ных смесей, очистки и концентрирования растворов, очистки или выделения высокомолекулярных соединений из растворов, содержащих низкомолекулярные компоненты, и т. п. в биотехнологии и медицинской промышленности — для выделения и очистки биологически активных веществ, вакцин, ферментов и т. п. в пищевой промышленности — для концентрирования фруктовых и овощных соков, молока, получения высококачественного сахара и т. п. Наиболее широкое применение баромембранные процессы находят при обработке воды и водных растворов, очистке сточных вод. [c.5]

Ученые давно стремились познать и обратить на пользу человека замечательные свойства полупроницаемых мембран — пропускать одни вещества и задерживать другие. Однако идея применения мембран для технологических целей стала реальной лишь в последнее время в связи с развитием наших знаний о природе и структуре веществ, с новыми достижениями в науке и производстве синтетических полимерных материалов. Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в последние годы в СССР и за рубежом, привели к разработке ряда мембранных процессов, которые могут быть реализованы в практике. К основным мембранным методам разделения относятся обратный осмос, ультрафильтрация, испарение через мембрану, диализ, электродиализ, диффузионное разделение газов. В любом из этих процессов смесь жидкостей или газов вводится в соприкосновение с полупроницаемой мембраной с одной ее стороны. Вследствие особых свойств полупроницаемых мембран прошедшая через них смесь обогащается одним из компонентов. В ряде случаев процесс проходит настолько полно. [c.5]

Развитие теоретических и экспериментальных исследований и проектно-конструкторских разработок, создание опытно-промышленной базы но внедрению мембранных методов разделения привело к формированию нового направления в науке и технике — мембранной технологии, становление которого происходит на наших глазах. Мембранные методы проникают практически во все отрасли народного хозяйства, в которых возникает необходимость разделения, очистки и концентрирования веществ. [c.6]

Широко используют варианты фильтрационной обработки сточных вод различных производств с применением мембранных методов разделения загрязняющих веществ, в частности, процессы ультрафильтрации и обратного осмоса. [c.53]

Среди мембранных методов разделения жидких смесей важное место занимают обратный осмос и ультрафильтрация [1—3]. В последние годы их начали применять для опреснения соленых вод, очистки сточных вод, получения воды повышенного качества, концентрирования, технологических растворов в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности. Обратный осмос и ультрафильтрация основаны на фильтровании растворов под давлением, превышающим осмотическое, через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель, но задерживающие растворенные вещества (низкомолекулярные при обратном осмосе и высокомолекулярные при ультрафильтрации). Разделение проходит при температуре окружающей среды без фазовых превращений, поэтому затраты энергии значительно меньше, чем в большинстве других методов разделения (таких как ректификация, кристаллизация, выпаривание и др.). Малая энергоемкость и сравнительная простота аппаратурного оформления обеспечивают высокую экономическую эффективность указанных процессов. [c.319]

Существуют следующие мембранные методы микрофильтра-цня — процесс разделения коллоидных растворов и взвесей под действием давления ультрафильтрация — разделение жидких смесей под действием давления обратный осмос — разделение жидких растворов путем проникновения через полупроницаемую мембрану растворителя под действием приложенного к раствору давления, превышающего его осмотическое давление диализ — разделение в результате различия скоростей диффузии веществ через мембрану, проходящее при наличии градиента концентрации электродиализ — процесс прохождения ионов растворенного вещества через мембрану под действием электрического ноля. [c.106]

Мембранные методы, таким образом, являются перспективными практически для всех отраслей народного хозяйства, в которых возникает необходимость разделения, очистки и концентрирования органических или минеральных веществ. [c.8]

Процессы разделения жидких систем играют важную роль во многих отраслях народного хозяйства. Для осуществления этих процессов уже давно применяют разнообразные способы перегонку и ректификацию, абсорбцию и адсорбцию, экстракцию и др. Однако природа за миллионы лет эволюции живых организмов выработала наиболее универсальный и совершенный метод разделения с использованием полупроницаемых мембран. Действительно, биологические мембраны обеспечивают направленный перенос необходимых организму веществ из внешней среды в клетку, и наоборот. Без мембран невозможны были бы дыхание, кроветворение, синтез белка, усвоение пищи, удаление отходов и другие процессы. [c.13]

В освоении этих богатств будут использоваться различные методы извлечения веществ из растворов, в том числе, безусловно, обратный осмос и ультрафильтрация, причем наибольшего эффекта следует ожидать в случаях сочетания мембранных методов с другими известными методами концентрирования, разделения и очистки растворов (напри- [c.327]

В последние годы все большее внимание уделяют разделению жидких и газовых смесей с использованием полупроницаемых мембран (мембранные методы). Полупроницаемые мембраны обладают замечательным свойством — пропускать одни вещества и задерживать другие. Для использования в крупных промышленных установках разработаны четыре основных типа аппаратов для мембранного разделения с трубчатыми мембранными элементами типа фильтр-пресса с плоскокамерными мембранными элементами с мембранами в виде полых волокон с рулонными или спиральными мембранными элементами. [c.164]

Электродиализ разбавленных растворов является одним из мембранных методов очистки и разделения веществ. Он может стать одним из действенных средств ослабления антропогенного воздействия на окружающую среду. Для интенсификации процесса электродиализа необходимы фундаментальные исследования поведения мембранных систем при "запредельных" токовых режимах. [c.65]

Усовершенствованная мембранная система фирмы "ЮОП", показанная на рис. 12, - это сравнительно недавний и быстро развивающийся метод разделения. Этот процесс основан на разности степеней проницаемости между водородом и примесями при прохождении через газопроницаемую полимерную мембрану. Проницаемость включает два последовательных механизма компонент газовой фазы должен прежде всего раствориться в мембране и затем диффундировать через нее в сторону растворенного вещества. Различные компоненты имеют различные степени растворимости и проницаемости. Растворимость зависит, главным образом, от химического состава мембраны, а диффузия - от структуры мембраны. Газы могут иметь высокие степени проницаемости в результате высоких степеней растворимости, высокой диффузионной способности или этих обоих факторов. Движущей силой как для растворения, так и для диффузии является разность парциальных давлений, создаваемая между сырьем и стороной растворенного вещества через мембрану. Газы с более высокой степенью проницаемости, такие как водород, обогащаются на стороне растворенного вещества мембраны, а газы с более низкой степенью проницаемости обогащаются на непроницаемой стороне мембраны благодаря выводу компонентов с высокой степенью проницаемости. [c.484]

Ультрафильтрация - мембранный процесс разделения растворов, осмотическое давление которых мало. Этот метод используется при отделении сравнительно высокомолекулярных веществ, взвешенных частиц, коллоидов. Ультрафильтрация по сравнению с обратным осмосом - более высокопроизводительный процесс, так как высокая проницаемость мембран достигается при давлении 0,2-1 МПа. [c.93]

Согласно общей групповой классификации методов разделения, основанной на принципах фазовых превращений и межфазных переходов, третья группа включает методы, в которых разделение достигается за счет различных свойств, проявляемых веществами при их индуцированном, т.е. вызванном воздействием каких-либо сил, переносе из одной фазы в другую через разделяющую их третью фазу. Промежуточная фаза является перегородкой между двумя первыми шш мембраной мембрана в переводе с латинского и означает перепонка) соответственно методы разделения, происходящего в этой фазе, называются мембранными. Как и в двух предыдущих случаях, основным критерием внутригрупповой классификации является агрегатное состояние фаз, участвующих в процессе разделения. Специфическим классификационным признаком для этой группы является движущая сила процесса межфазного переноса веществ (таблица 3.71). [c.214]

Для выделения растворителя в чистом виде из растворов солей могут использоваться мембранные методы. Иногда эти методы используются и для получения концентрированных растворов солей. К числу мембранных методов, применяемых для разделения растворов солей, относятся обратный осмос, электродиализ, мембранная дистилляция. Мембраны, используемые для обратного осмоса, имеют радиус пор меньше 1 нм (1 нм = 10 м). Молекулы растворителя (обычно растворителем является вода) свободно проходят через эти поры, а молекулы растворенного вещества задерживаются мембраной. [c.33]

Мембранные методы. Они наиболее перспективны для тонкой очистки воды, водных растворов, сточных вод, очистки и концентрации растворов высокомолекулярных веществ. Процессы мембранного разделения зависят от свойств мембран, потоков в них и движущих сил. [c.263]

Сшгин В.Н. и др. Применение мембранных методов разделения вещества. Обзорная информация. — М. НИИТЭХИМ, 1985, — вып. 10. — 41 с. [c.135]

Мембранные методы разделения смесей основаны на свойствах пористых тел пропускать предпочтительнее одни вещества, чем другие. В соответствии с видом переноса вещества мембранные методы можно разделить на диффузионные, электрические и гиД родинамические. Иногда один вид переноса вещества накладывается на другой для ускорения переноса нли улучшения разделения. К диффузионным методам относят газовую диффузию и диализ. При наложении электрического поля протекает электродиализ. Гидродинамическими методами являются фильтрация, ультра-фильтрация и обратный осмос. [c.238]

Приведенная классификация позволяет рассматривать мембранные методы в одной логической цепи с другими методами разделения. Но если переход от методов, основанных на однократном равновесном распределении веществ между фазами, к хроматографическим оправдан в первую очередь с точки зрения значгстельно более высоких коэффициентов разделения, то мембранные методы, наоборот, обычно не давая сухцественных преимуществ по чистоте разделения по сравнению с одноступенчатыми процессами, как правило, позволяют добиться большей производительности на единицу количества разделяющей фазы. Поэтому многочисленные исследования в области мембранных методов разделения в подавляющем больщинстве случаев проводятся с перспективой создания новых технологических процессов. [c.215]

Необходимо отметить, что в последующие годы этот метод не нашел развития. Учитывая, что твердофазные ионообменные мембраны имеют селективность, ограниченную знаками заряда разделяемых ионов, поиски селективно проницаемых мембран для разделения веществ в растворах были продолжены среди класса жидких мембран (ЖМ), которые могут рассматриваться в качестве ближай-щих аналогов биологических мембран. [c.217]

Характерной особенностью мембранных методов разделения является их сходство с выработанным природой за миллионы лет эволюции живых организмов направленным мембранным переносом в процессах обмена веществ между клеткой и внешней средой. Если рассматривать живые организмы на клеточном уровне, то можно считать, что именно процессы переноса через мембраны делают возможными дыхание, усвоение пищи, удаление продуктов жизнедеятельности, процессы синтеза и т. п. Ученые уже давно стремились исполЕаЗовать полупроницаемые мембраны для решения многих науч-, ных и технических задач, однако решающие успехи в этом направлении получены лишь сравнительно недавно благодаря развитию науки [c.5]

К основным мембранным методам разделения относятся обратный осмос, ультрафильтрация, испарение чзрез мембрану, диализ, электродиализ, диффузионное разделение газов. Обратный осмос. Метод обратного осмоса состоит в фильтровании растворов под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и полностью (или частично) задерживающие молекулы (или ионы) растворенных веществ, [c.428]

Книга, посвященная мембранным методам разделения ясидких систем, выходит в нашей стране впервые. В ней излагаются основы теории обратного осмоса, ультрафиль-гсрации в испарения через мембрану. Рассматривается практическое применение этих методов в химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической, пищевой, медицинской, микробиологической и других отраслях промышленности для разделения и концентрирования растворов, очистки промышленных стоков, опреснения морских и солоноватых вод, разделения азеотропных, близкокипящих ж нетермостойких смесей, смещения равновесия в химических реакторах, обезвоживания фруктовых и овощвых соков, молока при производстве и выделении биологически активных веществ, вакцин, вирусов, ферментов и т. д. [c.2]

Диализ — метод разделения компонентов раствора, основанный на различной диффузии их через мембрану. Этот метод применяется в основном для отделения частиц золей, не проходящих через мембрану, от истинно растворенных веществ, хорошо диффундирующих через нее. Диализ проводят как с нейтральной, так II с ионитовой мембраной. [c.239]

В отличие от хроматофафии, которая имеет жесткие офаничения по количеству разделяемых веществ, мембранные методы, не давая преимуществ по избирательности, позволяют добиться бо1п>шей производительности разделений. Принципиальной основой этих методов является способность веществ проникать через мембраны в завистлости от их молекулярной массы. При этом перенос вещества через мембрану может осуществляться тремя способами [c.226]

Новые перспективы для применения мембран открывает недавно предложенный хроматомембранный метод разделения органических веществ [113,1141, сочетаюищй преимущества парофазного анализа и мембранного концентрирования. В случае реализации данного метода массообмен между жидкой и газовой фазами происходит в пористом блоке, состоящем из полимерного материала. При этом 0беспечива10тся высокая э(1)фективность и непрерывный режим процесса. [c.227]

Диализом называют метод фракционирования веществ, основанный на избирательной диффузии некоторых компонентов смеси через мембрану из более концентрированного раствора в более разбавленный. Метод ультрафильтрования основан на том же самом принципе, однако при этом жидкость помещают только с одной стороны мембраны и раствор продавливается через последнюю. Электродиализ представляет собой диализ, при котором прохождение низкомолекулярных ионов через мембрану ускоряется под действием электрического поля. В некоторых случаях для ускорения процесса разделения используют электроультрафильтрование — сочетание электродиализа и ультрафильтрования. К вышеуказанным методам примыкает также метод электродекантации однако последний применяют в основном не для отделения низкомолекулярных веществ от высокомолекулярных, а для фракционирования высокомолекулярных соединений (см. стр. 533). [c.194]

В главе о разделении веществ при помощи мембран (стр. 194) уже упоминался метод элек-тродекантации. Сущность этого метода заключается в том, что коллоидные частицы, передвигаясь к одному из электродов, наталкиваются на непроницаемую мембрану и образуют на ней тонкий слой вещества (см. рис. 220, стр. 203). Под тяжестью собственного веса накопившееся вещество затем сползает вдоль вертикально подвешенной мембраны и накапливается на дне сосуда. Этот способ был использован не только для концентрирования коллоидальных растворов (например, при промышленной обработке латекса [62]), но и для разделения высокомолекулярных веществ [34]. Рассмотрим одну из типичных конструкций для разделения веществ электродекантацией [42] (рис. 475). [c.533]

Диффузионный мембранный метод в системе жидкость- твердое тело - газ получил название исиарение через мембрану или первапорация. Метод основан на селективной проницаемости некоторых материалов для различных компонентов жидких смесей. Явление селективной проницаемости впервые обнаружено на каучуковых мембранах для смесей углеводород - спирт. От.чичи-тельной особенностью процесса мембранного испарения от других мембранных процессов является переход проникающих через мембрану веществ из жидкого состояния в парообразное, для чего требуется подвод к системе энергии, 1Ю меньшей мере равной теплоте испарения пермеата. Из этого следует, что испарение через мембрану может быть использовано практически лишь тогда, когда селективность переноса гораздо выше, чем при простом испарении, в частности, для разделения азеотропных и близко кипящих смесей. Движущей силой процесса мембранного испарения является разность химических потенциалов по обе стороны мембраны. Длл поддержания химического потенциала на достаточно высоком уровне необходимо предотвратить конденсацию иермеата на поверхности мембраны со стороны пара. Это достигается непрерывным отводом пара, обдувом инертным газом или вакуумированием. [c.217]

Во многих из перечисленных методов разделения применяются в значительных количествах различные вспомогательные низкомолекулярные вещества — органические растворители, соли и кислоты, создающие нужные значения ионной силы и pH. Перед окончательным выделением очищенного биополимера или перед тем как подвергать частично очищенный материал следующей стадии фракционирования, обычно требуется избавиться от этих вспомогательных соединений. Для этой цели широко используется процедур , называемая диализом. Она основана на применении мембран, проницаемых для воды и низкомолекулярных веществ и непроницаемых для биополимеров. Чаще всего с этой целью используют мембраны (пленки) из целлофана, который представляет собой нитрат целлюлозы с содержанием остатков нитрата порядка одного моля на моль остатков глюкозы. Такой материал обладает необходимой механической прочностью и в то же время достаточно гидрофилен, чтобы через 1гего проходили молекулы воды и гидрофильных низкомолекулярных компонентов. В то же время для полимерных [c.236]

Испарение через мембрану осуществляется с помощью непористых полимерных мембран. Исходная жидкая смесь, подлежащая разделению, приводится в контакт с одной стороной селективно проницаемой мембраны, проникшие через мембрану вещества в виде пара удаляются с другой стороны мембраны. Низкие значения парциальных давлений проникающих через мембрану компонентов обеспечиваются путем создания вакуума со стороны паровой фазы или с помощью газа-носителя (см. раздел 18). В отличие от большинства других мембранных процессов, для проведения которых не требуется подвода тепла, процесс испарения через мембрану требует испарения части исходной жидкой смеси. Поэтому данный метод разделения целесообразно использовать для выделения из жидких смесей компонентов, содержащихся в небольших количествах. Разделение смеси достигается за счет того, что различные компоненты смеси переносятся через мембрану с различной скоростью. С помощью испарения через мембрану могут эффективно разделяться азеотропные жидкие смеси, проявляющие положительные отклонения от закона Рауля, разделение которых при помощи обычного процесса ректификации невозможно. В настоящее время испарение через мембрану используется главным образом для дегидратации, т. е. удаления воды из органических растворителей или их смсссй. [c.32]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология