Мембраны анизотропные

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]

Современные высокопроизводительные промышленные газоразделительные мембраны, как правило, имеют анизотропную по толщине структуру. Они состоят из ультратонкого диффузион- [c.171]

Мембраны. Для разделения изотопов используются как полимерные мембраны, так и мембраны из неорганических материалов— металлов и их оксидов, керамики, стекла. Мембраны могут быть как пористыми, так и сплошными, иметь гомогенную или анизотропную структуру и т. д. Выбор типа мембраны (из перечисленных выше) для разделения газов с близкими молекулярными массами и U), обладающих схожими физико-химическими свойствами,— задача весьма трудная. Усложняет- [c.314]

Диффузионные мембраны обычно применяются для разделения газовых и жидких смесей методом испарения через мембрану [1]. Для разделения растворов под действием градиента давлений эти мембраны практического применения пока еще не находят, так как скорость процесса при использовании известных мембран этого типа очень низка. Она может быть увеличена путем создания ультратонких анизотропных диффузионных мембран (рис. П-2), а также повышением температуры разделяемой смеси. Перенос вещества через непористые мембраны рассмотрен в работах [1, 11]. [c.47]

Анизотропные мембраны. Пористые полимерные пленки получают обычно путем удаления растворителей или введенных добавок из растворов полимеров в условиях, препятствующих существенной усадке каркасной структуры полимера вследствие действия капиллярных сил. [c.48]

Полученная подобным образом мембрана имеет анизотропную структуру — тонкий (примерно 0,25—0,5 мкм) поверхностный слой на микропористой подложке (примерно 100—200 мкм). Основная масса с крупнопористой структурой не представляет собой селективного барьера, а обеспечивает лишь механическую прочность мембраны и служит как бы подложкой для поверхностного слоя, связанной с ним в одно [c.48]

Для изготовления ядерных мембран представляется целесообразным использовать анизотропные или двухслойные пленки с очень тонким верхним слоем (1 мкм или менее). В этом случае можно получить мембраны с порами очень малого диаметра (порядка десятков ангстрем), которые можно использовать для различных процессов обратного осмоса. [c.57]

Под пористостью /о мембраны в отличие от общей е и открытой ео, будем понимать отношение площади суммарного поперечного сечения всех пор к единице площади мембраны. Для изотропных мембран значения /о и ео совпадают. Для анизотропных мембран ео всегда боль-ще /о, что необходимо учитывать при исследованиях и расчетах мембранных процессов разделения. [c.93]

Методы оценки размеров пор основаны обычно на модели предположительно цилиндрических пор с круглым или эллиптическим сечением. Однако модель цилиндрических пор может быть принята только для изотропных мембран. Для анизотропных мембран, например широко применяемых в практике мембран из ацетатов целлюлозы, принятие такой модели недопустимо. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе метода определения пор мембраны. В дальнейшем под размером пор обычно будем подразумевать радиус или диаметр поры с круглым сечением, если другая форма пор не оговаривается специально. [c.93]

Так как разделение происходит на границе раздела мембрана — раствор, то указанный размер пор необходим лишь в поверхностном слое мембраны, обращенном к раствору. Для снижения гидравлического сопротивления целесообразно изготовление мембран с анизотропной структурой по толщине. [c.212]

Мембраны могут быть достаточно однородными но всей толщине от верхней их стороны к нижней (изотропные), или же такими, когда структура при переходе от одной стороны к другой сильно разнится (анизотропные). [c.74]

Между тем анизотропные ацетатцеллюлозные мембраны позволяют достичь высокой селективности даже при концентрациях соли, приближающихся к однонормальной, когда диффузный слой очень тонок и условие (ХУШ.б), по-видимому, не выполняется. По этой и ряду других причин многие исследователи, признавая роль электрохимического механизма при концентрациях 0,01 М и менее, связывают опресняющее действие при больщих концентрациях соли с другими механизмами, чаще всего с эффектом нерастворяющего объема, открытым Думанским . Под влиянием гидрофильной поверхности структура воды в слое некоторой толщины изменяется, так что изменяются и ее свойства, в частности резко снижается растворяющая способность. Поэтому, если поры гидрофильной мембраны достаточно узки, концентрация соли в них может быть значительно меньше, чем в подлежащей опреснению соленой воде. Иными словами, при фильтрации лишь малая доля растворенного вещества, в частности ионов, способна войти в поры мембраны. [c.385]

Различают в осн. М.р. монолитные (сплошные, диффузионные), проницаемость к-рых связана с диффузией газов или жидкостей в объеме мембраны (поры отсутствуют) пористые с системой сквозных сообщающихся пор постоянного размера асимметричные (двухслойные, анизотропные), состоящие из пористого высокопроницаемого слоя (подложки) и тонкого селективного слоя-мелкопористою или монолитного (толщина его может составлять ок. 0,25% общей толщины М. р.). [c.32]

Многообразие фазовых состояний н-парафинов поддерживает анизотропность мембраны, а различные тепловые молекулярные движения ротационные (колебательно-вращательные движения вокруг оси молекулярной цепочки) и конформационные (сегментные движения СНз-групп одной или нескольких частей молекулы) содействуют процессу транс-гош-изомеризации, а значит и внедрению в мембрану агентов самой разной природы. [c.281]

Для проведения процессов обратного осмоса и ультрафильтрации применяют пористые мембраны, изготовляемые в основном из полимерных материалов. Полимерные мембраны могут быть анизотропными и изотропными. [c.563]

Мембрана с анизотропной структурой состоит из тонкого поверхностного слоя на микропористой подложке . Разделение происходит на поверхностном активном слое, и практически весь перепад давления приходится на этот слой. [c.563]

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]

Мембраны с анизотропной структурой. Их получают обычно из растворов полимеров с различными добавками путем удаления растворителей или предварительно введенных в них добавок в условиях, препятствующих уплотнению полимера вследствие действия капиллярных сил. [c.316]

Жидкостные свойства мембран доказываются многими фактами. Подвижность мембранной структуры обнаруживается помощью парамагнитных и флуоресцентных меток, а также методом ЯМР. На рис. 10.3 показан спектр ЭПР мембраны, меченной нитроксильными метками, присоединенными к липидным хвостам . При низкой температуре липид заморожен, при высокой спектр обостряется и становится богаче, так как липид расплавлен и нитроксил приобретает быстрое анизотропное движение. [c.337]

В этом разделе кратко рассмотрены свойства мембран для обратного осмоса и типичные характеристики их работы. Вначале описаны детально исследованные анизотропные ацетатцеллюлозные мембраны для обратного осмоса, а затем - некоторые обратноосмотические мембраны, разработанные в последнее время. [c.144]

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]

Пористое основание анизотропной мембраны содержит по весу 60% воды. Если мембрана высыхает без специальной обработки, она заметно садится и коробится, а проницаемость для воды снижается (очевидно, поры искривляются, повышая сопротивление потоку). Разработан способ сушки мембран без снижения их проницаемости, а высушенные таким способом мембраны пригодны для разделения газов /40/, [c.146]

Фиг. 2. Поперечное сечение анизотропной ацетатцеллюлозной мембраны (электронная микрофотография, х 3750, иэ работы [38]).

Таблица 3 Энергия активации переноса воды и соли через анизотропные ацетатцеллюлозные мембраны [691

Мембраны в виде полых волокон подвержены засорению так же, как и анизотропные ацетатцеллюлозные мембраны. Взвешенные вешества улавливаются пучком волокон, а коллоидные органические и неорганические вещества и умеренно растворимые соли прилипают к мембране и уменьшают поток воды. Использование потоков с высокими скоростями и предварительная обработка исходного раствора снижают эти эффекты. [c.166]

В освоенных промышленностью обратноосмотических системах применяются только анизотропные ацетатцеллюлозные мембраны и полые волокна. При выполнении программы исследований по обессоливанию соленых вод было разработано небольшое число перспективных материалов для мембран. Среди таких мембран можно назвать мембраны, формируемые в динамическом режиме, мембраны иа графитизированных окислов, пористые стеклянные мембраны. Свойства мембран и описания технологии их изготовления приведены в работах /83-90/. [c.169]

Организм, клетка — химические машины, функционирующие в результате химических реакций и переноса вещества между клеткой и окружающей средой, а также внутри клетки. Перенос имеет определенное направление, перпендикулярное к клеточной и внутриклеточным мембранам. Поток вещества есть вектор, в то же время скорость химической реакции — скаляр. Как уж сказано (с. 312), прямое сопряжение скалярного и векторнога процессов невозможно в изотропной системе в силу принципа Кюри. Невозможно оно и в анизотропных системах, имеющих центр симметрии. Однако биологические системы, в которых сопрягаются химические реакции и диффузия, а именно мембраны, построены из хиральных молекул, лишенных плоскости н центра симметрии ( 2.7). Мембраны анизотропны. В таких системах в принципе возможно прямое сопряжение, векторные коэффициенты — могут отличаться от нуля. Теория прямого сопряжения химии и Д7гффузип в мембранах, непосредственно учитывающая их анизотропию и хиральность, пока не развита. Можно представить себе, например, перемещение неких участников реакции вдоль винтового канала в мембране, в котором расположены центры. Тогда течение реакции будет различным для веществ, поступающих с разных концов канала. К тому же результату приведет рассмотрение симметричного канала, в котором регулярно расположены асимметричные, т. е. хиральные, реакционные центры. Однако пока нет оснований утверждать, что эти эффекты значительны. [c.322]

Анализ данных ртутной порометрии и микрофотографии срезов полученных мембран показал, что напыленные мембраны анизотропны и имеют ярко выраженную бипористую структуру. Поры в напыленном (селективном) слое конусовидны. Входные отверстия пор селективного слоя имеют вид воронок глубиной около 0,1 мкм. Такая форма пор обусловлена, видимо, наличием на границе раздела селективный слой — воздух нескомиенсированных сил электростатического отталкивания [c.26]

Определение интегрального коэффициента проницаемости асимметричных мембран замет о усложняется. Это обусловлено анизотропностью структуры пористой подложки и неопределенностью границы диффузионного слоя (фактически имеется не граница, а область перехода от сплошной матрицы мембраны к пористой). Расчет скорости массопереноса пористых сред анизотропной структуры основан на использовании дифференциальных функций распределения пор, зависящих от координаты [9]. Экспериментальная оценка этих функций трудоемка и ненадежна, поэтому опытные значения Л асимметричных мембран часто относят к условной толщине селективного слоя, полагая сопротивление массопереносу пористой основы пренеб- [c.84]

Для увеличения длины пакета необходимо разрабатывать специальные дренажные материалы. Известен, например, дренажный материал Трикот , изготовленный из лавсановой ткани толщиной 0,6—1 мм специального плетения, пропитанной смолой [125]. Ткань анизотропна, обладает большой внутренней пористостью, что обеспечивает хорошее дренирование фильтрата в продольном направлении. Гладкая поверхность со стороны мембраны исключает вдавливание ее в дренаж при воздействии давления. Применение ткани Трикот позволило увеличить длину пакета до 3 м, что положительно сказалось на увеличении плотности укладки мембран, а также на уменьшении доли ручного труда при сборке аппарата. [c.143]

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]

Фиг. 7. Зависимость постоянной мембраны от времени для анизотропных мембран, термообработанных при 80 С [29].

Эти факторы подчеркивают полезность доводки мембран. Если исходный раствор отличается высоким содержанием двухвалентных ионов, можно использовать мембраны, термообработанные при относительно низкой температуре, чтобы достичь приемлемого задерживания при бопее низком рабочем давлении. Например, при обес-соливании пищевых продуктов ультрафильтрацией можно применять анизотропные ацетатцеллюлозные мембраны, обеспечивающие получение высоких значений потоков. Эти мембраны можно сделать менее селективными по отношению к солям, но сохранившими способность задерживать сахара, протеины и другие ценные компоненты. [c.159]

Рассмотренные мембраны, за исключением последней, анизотропны и готовятся по технологии, предложенной в работе /5/, соответственно модифицированной для компенсирования различной способности к растворению. Тонкопленочная композиционная мембрана готовится путем нанесения очень тонкой ппенки ацетата целлюлозы (обычно толщиной 0,05 - 0,1 мкм) на тонкопористую мембрану-основу, Рабочие характеристики задерживания соли всех этих мембран одинаковы задерживание Na l часто превыщает 99,5%. Потоки ВОДЬ через мембрань обычно ниже потоков, достигаемь х при использовании ацетатцеллюлозных мембран с более низкой селективностью значения постоянной мембран лежат в интервале 0.4-0,8-10-s г/(см=. с-атм). [c.163]

Мембраны в виде полых волокон представляют другой конструктивный подход к устройствам для разделения методом обратного осмоса. Как было показано, существенной особенностью анизотропной ацетатцеллюлозной мембраны является наличие очень тонкого слоя, задерживающего растворенные вещества. Большие потоки через эти мембраны позволяют сконструировать устройства, в которых можно достичь высокой производительности на единицу объема сосуда высокого давления. Мембраны в устройствах могут располагаться по типу фильтр-прессной конструкции (плоскорамная конфигурация), образовывать трубчатую конфигурацию или конфигурацию, Б которой мембраны свиты в рулонный модуль. Если потоки через мембраны достигают 490-980 л/(м2.сут), а плотность укладки мембран составляет 7 00 м /м объема сосуда высокого давления, при обессоливании воды можно получить удельную производительность, равную 350-700 м воды на 1 м объема сосуда высокого давления. Мембраны в виде полых волокон изотропны и непористы, и для достижения такой же удельной производительности по [c.164]

Благодаря высокой плотности укладки мембран метод с применением полых волокон может обеспечить в щюцессах разделения некоторые преимущества по сравнению с методами обратного осмоса с применением других мембран. Например, была разработана и прошла испытания в клинических условиях /80/ искусст венная почка, в которой использовались мембраны в виде полых волокон из регенерированной целлюлозы. Кроме того, поскольку выбор материала для мембран не ограничивается лишь теми, из которых можно изготовить анизотропную мембрану, полые волокна (например, найлоновые) могут быть совместимы с растворами, с которыми несовместима мембрана из ацетата целлюлозы. Например, задерживание Н3ВО3 найлоновьп 1и польаш волокнами возрастает с повышением pH /75/, что объясняется, видимо, хорошим задерживанием иона Н ВО - Задерживание при pH =11 доста-- [c.168]

При обессоливании методом обратного осмоса можно с успехом применять обычные ионообменные мембраны /81/, Задерживание растворенных веществ в этом случае является функшей концентрации обрабатываемого раствора и выше для двухвалентных ко-ионов (ионов с тем же знаком заряда, что и у фиксированных в мембране зарядов), чем для одновалентных. Оба эти результата находятся в согласии с принципом ионного исключения Дон— нана /82/, Однако потоки воды, измеренные в работе /81/, были слишком малыми. Это обусловлено отчасти тем, что проницаемость ионообменных мембран по отношению к воде низка, и тем, что эти мембраны гораздо тошце анизотропных ацетатцеллюлозных мембран, [c.169]

В зависимости от используемой модели переноса свойства и работа мембраны дпя ультрафильтрации описывались различным образом с помощью введенных ранее параметров эффективного радиуса пор, проницаемости мембраны по отношению к воде, задерживания растворенного вещества, коэффициентов взаимодействия потоков воды и растворенного вещества (например, коэффициента отражения Ставермена). Краткое изложение методов, используемых дпя вычисления радиусов пор в ультрафильтрационных мембранах, приведено в работе /24/ уравнение Пуазейля (15) дает самые низкие значения. Средние размеры радиусов пор целлофановых мембран изменяются от 1,5. Ю З - 2,5-Ю (в зависимости от ио-пользуемого для расчета радиусов метода) до 8 10" — 10 10 мкм радиусы увеличиваются с повышением содержания воды. Коэффициент отражения Ставермена дпя некоторых растворенных целлофановых мембран представлены в табл. 6 /95/. Как и ожидалось, задерживание возрастает с повышением молекулярной массы раст воренного вещества и при уменьшении размера пор. Имеет место значительное задерживание растворенных веществ мембранами, средние значения радиусов пор которых в несколько раз превышают радиусы молекул растворенного вещества. Диапазон изменения значений постоянной дпя этих целлофановых мембран аналогичен интервалу изменения постоянной для анизотропных ацетатцеллю-лозных мембран, термообработанных при разной температуре. [c.170]