Применение ультрафильтрационных мембран

Значительные трудности практического применения ультрафильтрационных методов в биотехнологии обусловлены загрязнением мембран. При работе на неочищенных препаратах аппарат может выйти из строя в течение нескольких дней или даже часов работы. Загрязнение мембраны могут вызывать коллоидные и взвешенные частицы, микроорганизмы, органические соединения и малорастворимые компоненты растворов, которые осаждаются на мембране в процессе концентрирования [48, 49]. Среди взвесей наибольший вклад в загрязнение мембраны вносят частицы размером порядка долей микрона, приводящие к снижению как удельной производительности, так и селективности мембраны. Загрязнение мембраны зависит от многих факторов размера и концентрации частиц, наличия на них заряда, pH и ионной силы раствора, условий проведения процесса и др. Микроорганизмы, подобно коллоидным частицам, оседая на поверхности мембраны, создают дополнительное гидравлическое сопротивление потоку фильтрата. С другой стороны, многие из них могут привести к биодеструкции мембран. Особенно нестойки в этом отношении ацетатцеллюлозные мембраны, которые нельзя к тому же подвергать термической стерилизации. [c.38]

Ультрафильтрационные мембраны до сих пор использовались для разделения водных растворов, однако быстро развивается новая область применений ультрафильтрации для неводных систем. Но для этой области должны быть созданы новые, химически устойчивые мембраны на основе более инертных полимеров. Для растворов в органических растворителях пригодны также неорганические мембраны " [c.296]

В биотехнологии используются все виды баромембранных процессов. Однако наибольшее применение получили ультрафильтрационные процессы — в производстве ферментных препаратов, биологически активных веществ антибиотиков, витаминов, аминокислот [49, 50]. В последние годы ведутся работы в области непрерывного культивирования с использованием ультрафильтрационных мембран и полых волокон [49]. Хотя в промьппленной микробиологии превалируют небольшие ультрафильтрационные установки, во всем мире отмечается тенденция к переходу на большие агрегаты с площадью мембраны 50, 100 м и более. Однако внедрение в практику подобного типа мембран и фильтрующих установок связано с решением целого ряда задач. [c.38]

В табл. 8 приведены характеристики некоторых выпускаемых промышленностью мембран, в том числе мембран для обратного осмоса. В большинстве случаев потоки воды в табл. 8 приведены к давлению 7 атм, однако не все мембраны можно использовать при таком давлении. Рекомендованное изготовителями мембран рабочее давление не должно превышать для серии иМ 7 атм, а для мембран ХМ =50 и ХМ=100 соответственно 3,51 и 1,76 атм. Вследствие эффектов концентрашонной поляризации, засорения, закупоривания мембран и нестабильности при высоком давлении наиболее проницаемые мембраны обычно работают при низком давлении, а типичные рабочие потоки во многих случаях не превышают 2400 л/(м сут). Несколько примеров применения ультрафильтрационных мембран описано в работе /98/. [c.173]

Отсутствие таких систем тормозит широкое применение мембранных процессов. Много внимания уделялось разрабохке самой мембраны и пока очень мало - устройствам для ее заиропления. В системах, рассчитанных на получение скорости потока через мембрану 8-10 м /(м .сут), иногда достигаются потоки пенетранта, составляющие 50-75% этой величины, характерной для неплотной ультрафильтрационной мембраны, однако в большинстве случаев достигаются лишь 5-10% указанной величины. [c.282]

Мембранные методы позволяют реализовать широкий спектр процессов ргьзделения, причем для решения ргьзных задач требуются мембраны различного типа и с разнообразными структурами. Таким образом, мембраны могут существенно различаться по структуре и функциям. Известны многочисленные попытки связать структуру мембран с их транпортными характеристиками, тем самым достигаются более глубокое понимание процессов разделения и возможность предсказания типа структур, необходимых для осуществления данного процесса разделения. Одновременно требуется создать методы испытания мембран с тем, чтобы можно было определить, насколько данная мембрана подходит для осуществления тех или иных процессов разделения. Небольшие изменения в одном из факторов, определяющих условия формования мембран, могут изменить структуру рабочего слоя и таким образом существенно повлиять на показатели ее работы. Часто важнейшей проблемой является воспроизводимость. Создание методов исследования мембран необходимо, чтобы связать структурные характеристики мембран, такие, как размер пор или распределение пор по размерам, свободный объем и кристалличность, с транспортными и разделительными свойствами мембран. Хотя обычно производители мембран представляют весьма конкретные значения таких параметров пористых мембран, как размер пор, их распределение по размерам, отсечение, не делается попыток более широкого и сопоставительного использования этих данных. В связи с этим возникает вопрос, какие из данных, получаемых при испытаниях мембран, могут помочь при прогнозировании рабочих характеристик мембран в конкретном процессе. При этом крайне важно делать различие между характерными свойствами мембраны и особенностями ее конкретного применения. Например, потоки через ультрафильтрационные мембраны, применяемые в пищевой и молочной промышленности, обычно составляют менее 10% от потока чистой воды. При использовании микрофильтрационных мембран различия в потоках очищаемых сред и чистой воды могут быть еще большими. Подобные различия в основном вызваны явлениями концентрацион- [c.164]

Рис. 11.16. Применение мембран в биологическом электроде, используемом для определения концентрации глутамина. (Из работы [73].) а — расположение мембран и составляющие электрода 1 — бактериальная культура 2 —внутренний электрод 5 — пластмассовый стакан 4 — комбинированный рН-электрод 5 — газопроницаемая мембрана 6 — ультрафильтра-ционная мембрана б — определение количества глугамина глутамин диффундирует в бактериальную культуру, где превращается в аммиак аммиак диффундирует к внутреннему аммоний-специфиче-скому электроду была использована культура бактерий Мкгососсиз flavus / — комбинированный рН-электрод 2 — газопроницаемая мембрана 3 — ультрафильтрационная мембрана.

Хотя первоначально ультрафильтрационные мембраны изготавливались на основе целлюлозы, в настоящее время они производятся и из таких полимерных материалов, как поливи-нилиденфторид, полиакрилонитрил и полисульфон. Нецеллюлозные мембраны более устойчивы к нагреву и химическому воздействию, а потому находят более широкое применение в промышленности. Многие из этих синтетических мембран являются собственностью фирм и в документации поставщиков не расшифровываются. [c.357]

Фирма Ромикон поставляет ультрафильтрационные мембраны в виде пучков полых волокон, каждый из которых находится в прозрачном полисульфоновом патроне. Каждый патрон снабжен входными и выходными патрубками, а также патрубками для выхода фильтрата и для обратной промывки. Эти фильтр-патроны могут быть использованы отдельно или же в наборе в установках разных размеров для применения в различных технологических схемах или для нужд санитарной микробиологии. [c.365]

Мембранные методы очистки отличаются высокой производительностью и не требуют больших затрат электроэнергии, в связи с этим их применение для разделения микробных суспензий весьма перспективно. Поэтому на заключительном этапе работы мы оценили возможность использования ультрафильтрационной установки с полыми волокнами ВПУ-100-ПА для разделения автолизованной бактериальной суспензии была получена зависимость производительности мембраны oi логарифма концентрации микробных клеток в концентрате. Из полученной зависимости мы смогли определить концентрацию гелеобразования и максимально возможную степень концентрирования бактериальной суспензии. Результаты расчетов показали, что максимальная степень концентрирования равна 3, при этом конечная концентрация клеток в ультраконцентрате составляет 150 г/л, что совпадает с концентрацией клеток в сгу1ценной суспензии, получаемой на стадии сепарации. [c.226]

В этой главе показано практическое значение принципов обратного осмоса, описанных в гл. 7. Кроме того, приводятся типичные характеристики работы мембран для обратного осмоса, а также указываются некоторые их недостатки и отрицательные стороны процесса в целом. Рассмотрены ультрафильтрация и ультрафильтрацион-ные мембраны, однако менее детально. Эта глава является как бы введением в обсуждение инженерных и экономических аспектов и ряда областей практического применения обоих процессов (гп. 9-13). Рассмотрение ограничивается водными фазами и использованием гидростатического давления как движущей силы, хотя некоторые мембраны, пригодные для обратного осмоса, можно использовать также для разделения газов (гл. 13). [c.131]

Отношение ГмаксАср служит характеристикой равномерности размеров пор в мембране. Обычно эта величина составляет 2,5—3,5. Для ультрафильтрационных мембран с малыми порами во избежание применения высоких давлений воздух заменяют жидкостью, имеющей низкое поверхностное натяжение на границе с жидкостью, в которую погружена мембрана. При этом для расчетов используют уравнение Кантора [c.66]

Детали приборов выполнены из нетоксичных хе-мостойких материалов. Приборы находят применение в биохимических, микробиологических и медицинских лабораториях. Они комплектуются набором мембран Владипор типа УАМ и МФА. Кроме того, разработан комплект мембранных приборов ФМ-01, которые комплектуются набором мембран, изготовленных из сополимера винилпирролидона с метил-метакрилатом. В набор входят мембраны четырех ги-пов с размерами пор от 10 до 50 нм. Создан также многокаскадный тонкоканальный фильтр (ФМТ), в котором движение раствора осуществляется по специально вырезанным спиральным канавкам. В табл. 5.9 приведены характеристики ультрафильтрационных приборов, выпускаемых отечественной промышленностью. [c.200]

В соответствии с ситовой гипотезой в мембране имеются поры, диаметр которых достаточен, чтобы пропускать молекулы воды, но мал для прохождения ионов и молекул растворенных веществ. Такие представления широко распространены для объяснения задерживающего свойства ультрафильтрационных мембран при фильтровании коллоидных растворов. Однако применение этих представлений к обратному осмосу не было случайным, а основывалось на работе Траубе, который рассматривал осмотические полупроницаемые мембраны как атомные сита, пропускающие молекулы растворителя, но задерживающие более крупные частицы. Рассматриваемая концепция встречала возражение, что размеры частиц растворенных веществ (например, ионы натрия, хлор-ионы и т.д.) незначительно отличаются по размеру от молекул воды. Действительно, ионный радиус, нм, Na равен 0,098, К — 0,133, - 0,074 Са + - 0,104, СГ - 0,181, Р - 0,133 и т.д., в то время как радиус молекул Н2О 0,138 нм. В работах Ф.Н. Карелина ситовая гипотеза была дополнена учетом взаимодействий растворенное вещество - матрица мембраны, растворитель - матрица мембраны, растворенное вещество — растворитель . Это позволило обосновать преимущественный перенос через обратноосмотические мембраны воды при обессоливании растворов электролитов, а также объяснить явление прямого осмоса и отрицательное задерживание некоторых органических веществ. Фактически дальнейшее развитие ситовая гипотеза нашла в работах С.Ф. Тимашева, который показал, что в мембранах, имеющих поры, соизмеримые с размером гидратированных ионов, решающее значение для понимания механизма полупрониидемости на стадии проникновения иона в пору может иметь кинетический фактор [45]. [c.23]

Хотя первые мембраны как для ультрафильтрации, так и для обратного осмоса были целлюлозными, в настоящее время широкое распространение получили также мембраны из синтетических пластмасс. Применение мембран с высокой степенью анизотропии позволяет достигать высоких скоростей потока. В этих мембранах тонкая пленка мембранного материала с требуемым размером пор скреплена с толстым пористым мембранным слоем, что обеспечивает высокую пропускную способность. Как ультрафильтрационные, так и обратноосмотические мембраны могут быть выполнены либо в виде плоских листов для установок плоскокамерного типа, либо в виде фильтрующих элементов рулонного типа, в которых плоская мембрана тщательно обмотана вокруг центрального стержня, либо в виде фильтр-патронов с полыми волокнами, в которых пучки этих цолокон заправлены в цилиндрический кожух. [c.378]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология