Пористость мембран определение, методы

Согласно уравнению (11) для нахождения среднего радиуса пор мембраны необходимо определить общую пористость W, коэффициент протекаемости ) и толщину мембраны й. Методы определения общей пористости описаны в работе (9). [c.59]

Применяя для ультрафильтров мембраны с определенной степенью пористости, можно в известной мере произвести разделение коллоидных частиц и одновременно приближенно определить их размеры. Этим методом впервые были определены размеры целого ряда вирусов и бактериофагов. [c.293]

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]

Непосредственные наблюдения структуры поверхности мембран, а также ее поперечного среза или скола могут быть проведены методом электронной микроскопии. В случае непрозрачных для электронного пучка объектов, какими являются пористые пленки, применяют метод одноступенчатых платино-углеродных реплик [35]. Значительный объем информации о мембранах может быть получен путем сопоставления результатов, полученных при исследовании исходного раствора, фильтрата, концентрата и мембраны до и после проведения разделения на ней. Для этих целей приготавливают раствор, эмульсию или суспензию с определенной концентрацией веществ, имеющих известную молекулярную массу или известные размеры частиц [28, с. 36,95—96,136—137]. [c.67]

Оптический метод [112] определения пористости может быть использован для оценки пористости мембран из любого материала. По этому методу образец приводят в соприкосновение с поверхностью равнобедренной стеклянной призмы и позволяют смачивающей жидкости, поднимаясь по капиллярам мембраны, вступать в контакт со стеклом. Основание призмы представляет собой поверхность полного отражения. Пока поры образца не заполнены жидкостью, площадь контакта образца мембраны с этой поверхностью невелика и принимается за начальный уровень отсчета. По мере заполнения пор жидкостью растет доля площади основания призмы, на которой полное отражение нарушено. Автоматическая запись дает возможность получать кривые с выходом на плато, высота которого прямо пропорциональна пористости /о. [c.93]

Однако для многих объектов, например коллодиевых, желатиновых и т. п. мембран с небольшой толщиной, этот метод непригоден вследствие того, что удаление с поверхности мембран оставшихся капелек воды трудно провести сколько-нибудь удовлетворительно (например, фильтровальной бумагой), и поэтому получается значительная ошибка при взвешивании. Лучшие результаты дает определение общей пористости из кажущегося и истинного удельных весов. Под кажущимся удельным весом понимают отношение веса сухой мембраны к общему объему образца вместе с порами [c.52]

Мембрана не позволяет, однако, полностью устранить гравитационный поток. Поэтому были предложены специальные ячейки для измерения чисел переноса в индивидуальных расплавах. В одной из ячеек (рис. V.2,a) электрический контакт между анодным и катодным пространствами осуществляется через пористую мембрану, но перетекание жидкости возможно через капилляр, в котором помещен воздушный пузырек. Так как перемещение пузырька происходит под действием небольшой силы, то перетекание жидкости через мембрану полностью исключается. Числа переноса рассчитываются из скорости перемещения пузырька. В другой конструкции ячейки (рис. V.2,6) возникновение гидростатического потока предотвращено за счет горизонтального расположения системы. Числа переноса определяются по перемещению жидких электродов, ограничивающих расплав с двух сторон. Предложен также метод определения чисел переноса при помощи радиоактивных индикаторов. Полного согласия результатов определения чисел переноса различными методами не получено. Числа переноса катионов в расплавах приведены ниже [c.101]

Исходя из изложенного для оценки влияния физико-химических свойств насыщающей жидкости на структуру порового пространства системы пористая среда—насыщающая жидкость был выбран метод полупроницаемой мембраны (метод ККД), а для определения структуры порового пространства исследуемых образцов без влияния молекулярно-поверхностного взаимодействия - метод вдавливания ртути. [c.69]

Весьма существенным недостатком мембранного метода является значительная продолжительность эксперимента (3—12 ч). В тех случаях, когда процесс диффузии внутри мембраны связан с ее физикохимическими изменениями, приводящими к изменению коэффициента диффузии, мембранный метод не позволяет точно выяснить характер этого изменения. Поэтому мембранный метод в рассмотренном выше виде мало пригоден для изучения переноса в материалах растительного и животного происхождения, а также выполненных из искусственных полимерных материалов, но может быть приемлем для капиллярно-пористых материалов минерального происхождения, имеющих соответствующую механическую прочность. Высказанные положения объясняют расхождения, которые имеют место при сравнении экспериментальных данных по определению коэффициента диффузии сахара в растительной ткани мембранным и более точным методом деления на слои [1291 и при сравнении опытных данных по определению коэффициента диффузии сахара в силикагелях с результатами теоретических расчетов [196]. [c.171]

Экспериментальное определение и численные значения коэф-> фициентов молекулярной диффузии. Обзоры экспериментальных методов определения коэффициентов диффузии в жидкостях приведены в литературе . Самым простым методом, точность которого достаточна в большей части случаев для практических целей, является метод, связанный с применением пористых мембран, наиболее часто изготовляемых из спекшегося стекла Растворы, имеющие различную концентрацию, помещают по обе стороны пористой перегородки, и диффузия происходит в порах мембраны. Каналы в мембране весьма узки и могут тормозить конвективные токи поэтому с помощью пористых мембран можно измерять истинную молекулярную диффузию. Мембрану калибруют, используя раствор с известным коэффициентом диффузии, так как ни длина пор, ни площадь их поперечного сечения неизвестны. [c.171]

Исследовался также метод оценки селективности мембран, основанный не на измерении чисел переноса, а на определении величины селективной диффузии. При сравнении отношения скоростей диффузии электролита и неэлектролита через ионитовую мембрану с тем же отношением, найденным для пористых неселективных мембран, наблюдается эффект замедления, обусловленный влиянием заряда мембраны на диффузию электролита. Аналогичный эффект наблюдали также Манеке и Хеллер [М21]. [c.187]

Следует учесть, что чем тоньше мембрана, тем существеннее ошибка в определении пористости указанным методом. [c.48]

Осмотическое давление в настоящее время может быть измерено при помощи соответствующих осмометров статическим или динамическим методом. В литературе описано большое число осмометров обоих видов [121, в частности Вагнер [131 написал исчерпывающую статью на эту тему. Принципиальным преимуществом симметричного осмометра для измерений динамическим методом является быстрота определений, но статический метод, вероятно, является более точным. В случае динамического метода в осмометрах должны быть использованы соответствующие полупроницаемые мембраны с повышенной пористостью, например из денитрованного коллодия или бактериальной целлюлозы [ 14]. В случае же статического метода можно применять менее пористые полупроницаемые мембраны, например набухший целлофан [151. [c.190]

При определении характеристик мембраны ставится задача установления ее структурных и морфологических особенностей. Независимо от типа мембраны первой задачей после ее приготовления является определение ее характеристик по возможности простыми методами. В зависимости от типа предполагаемого процесса разделения она может быть пористой или непористой. Соответственно совершенно разные методы испытаний будут необходимы в каждом из этих случаев. Для оценки возможных размеров подлежащих отделению частиц или молекул удобно рассмотреть процесс ферментации, поскольку в нем присутствует очень широкий набор объектов разделения (частиц) с различными размерами. Наряду со взвешенными частицами (дрожжи, бактерии и т. д.) имеется широкое разнообразие химических веществ с различными молекулярными массами. Они включают низкомолекулярные компоненты, например, спирты (особенно этанол, присутствующий в вине, пиве и крепких алкогольных напитках), карбоновые кислоты (лимонная, молочная и глюконовая), L-аминокислоты (аланин, лейцин, гистидин, фенилаланин, глютаминовая кислота), а также высокомолекулярные продукты, например, ферменты. [c.165]

На рис. 2.1 в качестве примера показаны интегральная /(г) и дифференциальная fv(f) кривые распределения пор по эффективным радиусам г для тела с непрерывным спектром пор от Гт1п до Гтах И резко выраженным максимумом при г = 25 А. Такова модельная структура, характерная для пористых стекол. Рис. 2.2 дает представление о функции [(г) в трековых мембранах [8]. Интегральная кривая позволяет судить об изменении относительного объема пор (на единицу объема или массы пористой матрицы) дифференциальная кривая дает представление о количественном распределении пор определенного размера. Следует отметить, что структурные и дифференциальные кривые характеризуют не реальные полости матрицы мембраны, а их модельное представление в виде сфер, цилиндров и других геометрических форм. Методы получения функций распределения пор основаны на обработке изотерм сорбции в области капиллярной конденсации газа или на данных ртутной порометрни [1, 2]. [c.40]

Часто приходится сталкиваться с путаницей при анализе результатов, полученных при испытаниях характеристик пористых мембран. Еще раз подчеркнем, что в данном случае речь идет о размерах пор, которые определяют, какие из присутствующих частиц пройдут через мембрану, а какие задержатся. Поэтому методы испытаний в сущности ограничены определением размера пор. Однако следует иметь в виду, что да ке если размер пор или распределение по размерам пор в мембране были определены вполне корректно, в реальном процессе разделения характеристики мембраны будут зависеть дополнительно совсем от других явлений, а именно от концентрационной поляризации и отложений на поверхности мембраны. [c.167]

В заключение отметим, что сканирующая электронная микроскопия является простым и информативным методом определения характеристик микрофильтрационных мембран. Можно разрешить структуру мембраны верхней и нижней поверхностей и поперечного сечения, а также оценить пористость и распределение пор по размерам. Необходимо соблюдать предосторожность, чтобы техника приготовления образца не искажала реальной пористой структуры. [c.173]

Настоящая глава была посвящена главным образом рассмотрению методов изготовления целлюлозных мембранных фильтров заданной пористости. Наиболее широко применяемыми материалами для мембран являются нитро- и ацетилцеллюлоза. Эти вещества образуют коллоидные растворы (золи) в определенных растворителях или в их смесях. Если такой золь разлить тонкой пленкой на стеклянную пластинку и подвергнуть регулируемому частичному испарению, начнется процесс желатинирования, ведущий к получению открытой мембранной струк-туры коллоидного типа. Большое разнообразие смесей растворителей и варьирование в широких пределах условий желатинирования позволяют получать мембраны с пористостью в очень широких пределах. Хотя принципы образования мембран с определенными размерами пор достаточно хорошо известны, очевидно также, что в производстве мембран важную роль играет эмпирический подход. [c.67]

В настоящее время различные фирмы, производящие мембраны, необязательно используют один и тот же метод определения пористости своей продукции. Поэтому одно и то же цифровое обозначение размера пор мембран двух различных производителей совсем не означает, что обе мембраны действительно имеют одинаковые размеры пор. Однако следствия, к которым приводит это отсутствие унификации в измерении пор, могут быть преувеличенными долгое время успешно практиковалась взаимозаменяемость мембран с близкими размерами пор, изготовленных различными компаниями. Тем не менее стандартизация отсутствует, и возможность в неоднозначном определении размеров пор существует . [c.85]

В зависимости от типа применяемой мембраны могут наблюдаться те или иные расхождения при осмотических определениях молекулярного веса и второго вириального коэффициента [А ) для одного и того л<е полимера. Так, для полистирола [91] значения молекулярных весов, найденные осмотическим методом, колебались от 7000, при использовании плотной мембраны, через которую могут диффундировать молекулы с мол. весом <1000, до 225 000 — при использовании пористой мембраны, проницаемой для молекул с мол. весом < 35 000. Значения Аг в случае полидисперсных образцов оказались сильно завышанньши по сравнению с фракционированными образцами. Это объясняется тем, что имеющееся в полидисперсном образце некоторое количество низкомолекулярных компонентов свободно проходит через мембрану, что занижает измеряемое осмотическое давление. Влияние низкомолекулярных фракций особенно сильно сказывается при низких концентрациях [c.188]

Полупроницаемые мембраны. Основная трудность в определении молекулярных масс методом осмометрии заключается в выборе мембраны. Идеальная полупроницаемая мембрана должна быть непроницаемой для молекул растворенного вещества и обладать высокой проницаемостью для растворителя. Материал мембраны не должен взаимодействовать с растворителем. В зависимости от типа применяемой мембраны могут наблюдаться значительные отклонения при осмотических определениях, особенно для поли-дисперспых образцов с высокой молекулярной массой. Так, для одного и того же образца полистирола были получены значения Мп от 7000 (при использовании плотной мембраны, проницаемой для молекул с массой < 1000) до 225 ООО (для пористой мембраны, через которую способны диффундировать молекулы с массой [c.96]

Ультрафильтрационные мембраны также могут рассматриваться как пористые мембраны. Однако их структура существенно более асимметрична по сравнению со структурой микрофильтрационных мембран. Ультрафильтрационные мембраны состоят из тонкого верхнего слоя, находящегося на пористой подложке, причем сопротивление массопереносу почти полностью определяется верхним слоем. По этой причине определение характеристик ультрафильтрационных мембран включает характеристику верхнего слоя, его толщины, распределения пор по размерам и поверхностной пористости. Для ультрафильтрационных мембран типичны поры диаметром от 20 до 1000А. В связи с малостью размеров пор для определения характеристик ультрафильтрационных мембран непригодны методы, используемые для исследования микрофильтрационных мембран. Так, разрешение обычного сканирующего микроскопа, как правило, недостаточно для надежного определения размеров пор верхнего слоя. По этой же причине нельзя использовать и методы точки пузырька и ртутной порометрии, поскольку малые размеры пор требуют приложения высоких давлений, которые могут вызвать разрушение мембраны. Но измерения проницаемости можно использовать, однако, с другими типами растворенных веществ. Ниже мы обсудим следующие методы определения характеристик ультраьфильтрационных мембран [c.180]

Желатиновые мембраны фирмы Сарториус имеют толщину 250 мкм и диаметр 50 мм. Они выпускаются стерилизованными окисью этилена, хотя для их стерилизации можно использовать также гамма- или ультрафиолетовое излучение. По своей внутренней структуре они аналогичны обычным мембранным фильтрам с 80 %-ной пористостью и плотностью пор около 10 см-2. Основной размер пор, определенный методом продавливания ртути, составляет 0,3 мкм, но благодаря силам электростатического притяжения эти мембраны улавливают бактерии много меньших размеров. Согласно литературным данным, желатинные мембраны задерживают 99,98— 99,99 % жизнеспособных бактерий. Коллер и Роттер [129] для подсчета частиц в воздухе использовали счетчик до и после пропускания потока воздуха через желатиновые мембраны и показали, что задерживается 99,954 % частиц диаметром 0,5— 1,0 мкм и 99,967% частиц диаметром 1,6—3,0 мкм. Шуерманн [181] показал, что воздух можно пропускать через эти мем- [c.401]

Графическое изображение связи коэффициента проницаемости и медианного диаметра приведено на рисунке, где показаны размещение точек и аппроксимирующая их прямая,аналитически выражающаяся степенной функцией у = 1, 9479х0 3492 а также связь коэффициента проницаемости и медианного диаметра пор с учетом открытой пористости данных образцов. Разброс точек во втором случае заметно меньше, аппроксимирующая их прямая выражена сходной функцией у = 20,278х0 447 Учитывая значительные погрешности определения методом полупроницаемой мембраны и простоту использованной модели порового пространства, можно считать, что влияние значения медианного диаметра на абсолютную газопроницаемость и в этом случае выражено вполне отчетливо. [c.30]

Для более полного заполнения нор смачивающей жидкостью мембрану нронитывают в вакуум-эксикаторе. Следует учесть, что чем тонь-ще мембрана, тем существеннее ощибка в определении пористости указанным методом. [c.93]

Наибольшие затруднения возникают при определении кажущегося удельного веса. Объем не очень тонких образцов (больше 0,5 мм) можно определять из геометрических размеров, измеряя толщину микрометром. Для определения общей пористости более тонких мембран, толщина которых меньше 0,5 мм, лучше пользоваться методом Манегольда, по которому объем мембраны определяют посредством взвешивания ее в двух не-смешивающихся жидкостях (например, в воде и четыреххлористом углероде). Так, если Уп и рп — соответственно объем и вес пропитанного водой образца в воздухе и Рп г , —веса [c.53]

Уравнение VI-30 показывает, что поток обратно пропорционален квадратному корню из молекулярной массы. Для заданных мембраны и перепада давления она служит единственным параметром, определяющим поток. Следовательно, разделение двух газов по механизму кнудсеновского потока зависит от отношения квадратных корней из их молекулярных масс. Это означает, что обычно достигаются низкие степени разделения. Более высоких степеней разделения можно достичь лишь при использовании каскадов, включающих несколько связанных между собой модулей (см. гл. VIII), что часто бывает экономически неоправданным, поэтому до сих пор этот способ использован в промышленном масштабе лишь для обогащения гексафторида урана ( иГб), который относится к очень дорогим веществам. Достигнутый фактор разделения и чрезвычайно низок в идеальном случае фактор разделения равен 1,0043, но и этого значения не удается достичь на практике. (Завод, где этот метод реализован с использованием керамических мембран, находится в Три-кастэне, во Франции.) Следует отметить, что при транспорте газов через непористые мембраны (см. разд. VI.4.2.2) кнудсеновский поток не имеет места. В то же время при использовании непористых композиционных мембран с плотным верхним слоем на подложке пористой структуры кнудсеновский поток, величина которого зависит от размера пор подложки, дает определенный вклад в общий поток. [c.310]

Как следует из обзора методов определения порометрической характеристики пористых сред, наиболее подходящим методом является метод полупроницаемой мембраны с использованием насьш1ающей жидкости, не образующей граничных слоев. Поэтому были проведены опыты по сопоставлению методов ртутной порометрии и полупроницаемой перегородки с использованием в качестве насыщающей жидкости глубокоочищен-ного неполярного керосина. [c.72]

Основная трудность при определении мол. массы полпмеров осмотич. методом (особенно для полимеров с низкой мол. массой) заключается в выборе удовлетворительной мембраны. Идеальная полупроницаемая мембрана должна быть непроницаемой для молекул растворенного вещества и обладать высокой проницаемостью для растворителя. Изменение типа мембраны может привести к расхождениям при определении мол. массы (и второго вириального коэффициента) для одного и того же нолимера. Лучшие мембраны — из целлофана. Применяют также пленки из поливинилового спирта, поливинилбутираля, коллодиевыо мемб-заны. мембраны из стекла, бактериальные мембраны. Теред началом измерения проверяют пористость мембран, т. е. степень ее проницаемости для данного растворителя. Меняя продолжительность и способ обработки, любой мембране (кроме стеклянной) можно придать желаемую пористость. [c.267]

Впервые проницаемость пленок на основе ПС и АБС-мате-риала, содержащих микротрещипы, была обнаружена в [238]. В этой работе пленки полимеров нагружали в воде, после чего измеряли их проницаемость. Было показано, что проницаемость получаемых материалов сравнима с проницаемостью лучших мембран для обратного осмоса. Пористая структура полученной таким образом мембраны устойчива лишь в температурной области ниже температуры стеклования. По достижении полимером температуры стеклования микротрещины полностью залечиваются и его проницаемость падает до нуля. На этом явлении основан одпн нз методов определения температуры стеклования полимеров [239]. [c.170]

В зависимости от пути, который использован для достижения положения равновесия, осмометры подразделяются на газовые осмометры, мембранные осмометры и эластоосмометры. Идеальным случаем перехода растворителя к раствору является переход через парообразное состояние (отпадает проблема мембраны). Однако на практике скорость достижения равновесия через парообразное состояние настолько мала, а теплопередача так незначительна, что этот метод не может быть использован. Несмотря на это, Пальс и Ставерман 1105] получили удовлетворительные результаты по определению молекулярного веса полистирола вплоть до 10 ООО при использовании парового щелевого осмометра, в котором мембрану заменяла щель, наполненная парами растворителя между двумя пористыми стеклянными дисками каждый толщиной [c.397]

Прежде чем описать существующие методы исследования и испытания мембран и задЗьчи, которые при этом ставятся, остановимся на размерах пор в мембранах, которые следует оценить (см. еще раз табл. 1У-1). Как правило, можно утверждать, что определение характеристик мембран становится тем более сложным, чем меньше размер существующих в них пор. Разные классы размеров пор требуют применения различных методов их определения. При этом как уже отмечалось, все мембраны могут быть разбиты на два крупных класса пористые и непористые (см. рис. IV-1). [c.166]

В мембранах для микрофильтрации и ультрафильтрации существуют фиксированные поры, размеры которых можно определять различными методами. Чтобы избежать путаницы при определении пористых мембран, мы будем называть пористымии ультраи >ильтра-ционные и микрофильтрационные мембраны, избeгaLЯ употреблять [c.166]

В соответствии с данным определением микрофильтрационные мембраны являются пористыми объектами, содержащими макропоры, а ультрафильтрационные мембраны — также пористые объекты с мезопорами в верхнем слое. Таким образом, тип пористых мембран предполагает наличие макропор и мезопор. Для мембран этого типа характеризуют не материал мембраны как таковой, а лишь ее поры. В таком случае размеры пор или распределение пор по размерам будет определять, какие частицы или молекулы будут задерживаться мембраной, а какие проходить через нее. Характеристики же разделения мало зависят от природы ее материала. С другой стороны, плотные мембраны для газоразделения или первапорации не содержат фиксированных пор, и в этих случаях характеристики работы мембран определяются их материалом. Морфология, а точнее, физическое состояние полимерного материала мембраны (кристаллический или аморфный, стеклообразный или высокоэластический) непосредственно определяет ее проницаемость. Такие факторы, как температура или взаимодействие полимерного материала с растворителями, оказывают значительное влияние на сегментальную подвижность. Поэтому свойства матерала мембраны будут зависеть от температуры, состава разделяемой среды и т. д. В данной главе описаны и обсуждены методы определения характеристик мембран, как пористых, так и непористых. [c.167]

Другим вгьжным параметром мембраны является ее поверхностная пористость, поскольку именно этот параметр в комбинации с толщиной верхнего слоя или длиной поры определяет поток через мембрану. Различные микрофильтрационные мембраны имеют широкий диапазон поверхностной пористости 5-70% (см. гл. П1). В противоположность этому ультрафильтрационные мембраны обычно имеют очень низкую поверхностную пористость, не превышающую 0,1-1%. Вышеприведенный анализ позволяет выделить две группы методов определения характеристик пористых мембран [c.168]

Метод термопорометрии основан на калориметрических измерениях фазового перехода твердое тело — жидкость (например, для чистой воды) в пористом материале. Это явление может происходить в поверхностном слое асимметричной мембраны, причем температура замерзания воды в порах (степень переохлаждения) зависит от размера пор. При уменьшении размера пор снижается температура замерзания воды. Поры определенного размера характеризуются собственной температурой замерзания. Для цилиндрических пор, заполненных водой, может быть получено следующее уравнение [6] [c.184]