Мембраны с высокой селективностью проницаемости и низкой проницаемостью для воды

Механизмом переноса веществ через неаористые полимерные мембраны в процессах испарения через мембрану так же, как и в процессах газоразделения, является сорбционно-диффузионный механизм. Перенос через мембрану осуществляется в три стадии растворение проникающих через мембрану веществ со стороны жидкости в полимерном материале диффузия этих веществ через мембрану их испарение с другой стороны мембраны. Селективность процесса определяется селективной сорбцией и (или) селективной диффузией. В отличие от газоразделения сильное сродство компонентов жидкой смеси к полимерному материалу мембраны вызывает повыщенную растворимость жидкости в полимере. В процессе первапорации ироисходит значительное анизотропное набухание материала мембраны. Со стороны паровой фазы мембрана остается практически сухой, а со стороны жидкости устанавливается равновесное состояние и степень набухания велика. Перенос компонентов смеси через неравномерно набухшую мембрану определяется величинами локальных коэффициентов диффузии компонентов, зависящими от их концентраций. В результате профиль концентрации каждого из компонентов в направлении, перпендикулярном к поверхности мембраны, оказывается существенно нелинейным. Тогда и коэффициент проницаемости не будет постоянной величиной, а будет существенно зависеть от состава смеси. Например [4], если для разделения системы этанол—вода в качестве полимера использовать поливиниловый спирт, то при низких концентрациях спирта мембрана сильно набухает и селективность равна нулю. При низких концентрациях воды поливиниловый спирт имеет высокую селективность по отношению к воде и достаточно большую проницаемость. [c.431]

Мембраны с высокой селективностью проницаемости и низкой проницаемостью для воды [c.246]

В большей части промышленного оборудования для обратного осмоса используются анизотропные ацетатцеллюлозные мембраны типа предложенного в работе /5/. Некоторые свойства ацетата целлюлозы и анизотропных мембран описаны в работе /27/. Ацетат целлюлозы отвечает трем существенным требованиям к эффективным мембранам для обратного осмоса он обладает превосходными пленкообразующими свойствами, высокой проницаемостью для воды, а его проницаемость для большинства водорастворимых соединений достаточно низка. В последние годы в поисках материалов с лучшими качествами для обессоливания воды был проведен ряд исследований проницаемости синтетических полимерных мембран по отношению к воде и солям. Эти исследования подтвердили интуитивные представления о том, что с усилением гидрофильных свойств материала мембраны ее проницаемость повышается как для воды, так и для солей. Данные о проницаемости некоторых материалов, соглас -но модели растворения и дифФузии, приведены на фиг. 1. Широкий интервал значений проницаемости для данного типа материала отражает изменения в химическом составе. Для ацетата целлюлозы, например, понижение степени ацетилирования приводит к повышению значения проницаемости по отношению к воде и соли. При работе с сополимерами поливинилпирролидон - полиизоцианат такая же тенденция появляется при снижении содержания полиизоцианата. Несмотря на то что графики неточны вследствие некоторой зависимости значений проницаемости от способа отливки мембран и от условий измерений, отчетливо видна тенденция изменений. Наклоны кривых, построенных в логарифмической системе координат, не одинаковы , так что наиболее селективные материалы, т.е. материалы, характеризуемые наиболее высоким отношением значений проницаемости для воды и соли, одновременно обладают самой низкой проницаемостью для воды. Линия, проведенная с наклоном, равным 1, представляет условия с задерживанием 99% растворенного вещества, определенные согласно модели растворения и диффузии при истинной разности давлений др -Дп- = 50 атм. Как видно, мембраны из [c.144]

Кроме того, отсюда вытекает, что и коэффициент проницаемости не является константой и также сильно зависит от состава смеси. Для иллюстрации сказанного приведем несколько (экстремальных) примеров. При разделении водно-этанольной смеси с помощью поливинилового спирта системы ведут себя по-разному в зависимости от состава при низких концентрациях воды и при низких концентрациях этанола. При низкой концентрации спирта (менее 10%) мембрана сильно набухает, вследствие этого не наблюдается никакой селективности. При низкой концентрации воды (менее 10%) тот же самый полимер обнаруживает высокую селективность по отношению к воде при достаточной величине потока. [c.328]

Полагают, что значительные колебания проницаемости и селективности для различных жидких поверхностно-активных мембран обусловлены двумя факторами гидрофильно-гидрофобным балансом и структурой упаковки внутри и между отдельными мицеллами. При использовании ПАВ с высоким гид-рофильно-гидрофобным отношением получают жидкие мембраны, оказывающие большее сопротивление транспорту соли и меньшее воде, чем ПАВ с низким отношением (рис. 9.3). [c.312]

Одной из важных задач при осуществлении процесса обратного осмоса и ультрафильтрации является выбор мембран, которые должны обладать высокой проницаемостью и селективностью, устойчивостью к действию разделяемых растворов, достаточной механической прочностью, неизменностью характеристик в процессе эксплуатации и хранения, низкой стоимостью. Наиболее пригодны мембраны ацетатцеллюлозного типа, обработанные для водопроницаемости перхлоратом магния. Эти мембраны с порами 0,3—0,5 нм характеризуются большой скоростью пропускания воды, хорошо отделяют соли и другие вещества, имеют высокую степень набухания. [c.151]

При концентрировании морской воды простым удалением воды (например, выпариванием) концентрируемый раствор насыщается сульфатом кальция, осадок которого образуется задолго до того, как будет получена необходимая концентрация хлорида натрия. Можно ожидать, что при создании ионообменных мембран, способных переносить в первую очередь одновалентные ионы (например, ионы N3+ или С1 ), осаждение сульфата кальция в камерах концентрирования можно было бы свести к минимуму или исключить полностью. Действительно, были разработаны ионообменные мембраны (катионо- и анионообменные), обладающие Ьолее высокой проницаемостью для одновалентных ионов. Они называются одновалентно-селективными ионообменными мембранами. Их получают путем приготовления гомогенных мембран иа смол, обладающих низкой проницаемостью для двухвалентных ионов /3-7/, или же путем покрытия обычных ионообменных мембран тонкой пленкой такой [c.96]

Для создания мембран фирма Orion применяет пористый гибкий пластик, который насыщается жидким ионообменником, а фирма orning — спеченный стеклянный фильтр. Устойчивые и надежные жидкие мембраны получают также при использовании ряда других материалов [1, 2]. Жидкая фаза мембраны должна быть нерастворима в воде и иметь низкое давление паров. Устойчивость мембраны повышается, если к тому же органическая жидкость обладает высокой вязкостью. Низкая диэлектрическая проницаемость жидкого органического вещества способствует ассоциации ионов в фазе мембраны. Вышеперечисленными свойствами обладают высокомолекулярные вещества с длинными углеводородными цепями. Высокая селективность к определяемому иону требует большой стабильности ионного комплекса, на которую, среди прочих условий, в значительной мере влияет растворитель [3]. [c.213]

Процесс обратного осмоса приобрел практическую значимость лишь после того, как были разработаны соответствующие мембарны. История разработки мембран для обратного осмоса подробно описана Сурирайаном [205]. Правильная работа с обратноосмотическими мембранами требует учета двух факторов проницаемости воды и задержки соли. Мембрана должна обладать необходимой прочностью для работы при высоких давлениях, химической стойкостью и устойчивостью к микробиологической атаке. Вначале большинство мембран для обратного осмоса изготавливались из ацетилцеллюлозы, причем ацетилцеллюлоза для этих мембран несколько отличается от используемой в микрофильтрационных мембранах она содержат меньше ацетильных групп на остаток глюкозы. Теоретически на один остаток глюкозы могут приходиться три ацетильные группы, но при такой высокой степени замещения скорость прохождения воды через мембрану оказывается небольшой. С другой стороны, если содержание ацетильных групп низко, то скорость прохождения воды велика, однако селективность таких мембран (задержка ими соли) мала. По-видимому, оптимальная степень замещения должна быть в пределах 2,1— 2,5, что обеспечивает задержку соли на 90—95 % и расход через единицу поверхности мембраны (100—200) 10 г-см- -с [114]. [c.369]

Механическим свойствам полимерных мембран на ранних стадиях их разработки уделяли мало внимания особое значение придавалось эксплуатационным характеристикам, таким как проницаемость, селективность. В результате не удалось добиться повышения прочности патронных фильтров, особенно тех, которые содержат микрофильтры с максимальной пористостью (а следовательно, с минимальной прочностью). Механические свойства зависят от строения химических групп, макромолекул, микрокристаллического и коллоидного уровней. Рассмотрим, например, значение структуры для одного из основных механических свойств — эластичности. Аморфные полимеры типа поликарбонатов и полисульфонов имеют характерную эластичность как в плотном, так и в пористом состоянии. Сильнокристаллические и сильносшитые полимеры, с другой стороны, имеют тенденцию к хрупкому состоянию. Поликристаллические полимеры могут быть отнесены к любому из этих классов в зависимости от природы сил молекулярного взаимодействия и способа, которым их перерабатывают. Например, разветвленный полиэтилен низкой плотности со слабыми когезионными силами проявляет соответствующую эластичность, поскольку подвижные аморфные области, не содержащие поперечных сшивок, проявляются как одна из форм внутренней пластификации со снятым напряжением. С другой стороны, поликристаллические полимеры, проявляющие склонность к образованию водородных связей, имеют тенденцию к повышению хрупкости, поскольку межмолекулярные и внутримолекулярные связи являются эффективными поперечными связями, а хрупкость пропорциональна плотности поперечных связей. Если набухшие в воде мембраны из целлюлозы и найлона 6,6 высушить, то капиллярные силы будут способствовать высокой концентрации эффективных поперечных связей, и в результате мембрана уплотнится и хрупкость ее повысится. Однако в том случае, когда сушку проводят, заменяя растворитель (например, часто заменяют изопропанол гексаном), плотность поперечных связей минимальна, а эластичность будет сохраняться и в сухом состоянии. [c.117]