МЕМБРАНЫ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ
(полупроницаемые, селективно-проницаемые мембраны), избирательно пропускают
отдельные компоненты газовых смесей, р-ров, коллоидных систем. Представляют
собой пленки, пластины, трубки и полые нити, изготовленные из стекла, металла,
керамики, полимеров. Наиб. практич. значение имеют полимерные М.р., напр. из
целлюлозы и ее эфиров, полиамидов, поли-сульфонов, полиолефинов и большинства
др. известных полимеров.
Различают в осн. М.р.:
монолитные (сплошные, диффузионные), проницаемость к-рых связана с диффузией
газов или жидкостей в объеме мембраны (поры отсутствуют); п о р и с т ы е с
системой сквозных сообщающихся пор постоянного размера; а с и м м е т р и ч
н ы е (двухслойные, анизотропные), состоящие из пористого высокопроницаемого
слоя (подложки) и тонкого селективного слоя - мелкопористого или монолитного
(толщина его может составлять ок. 0,25% общей толщины М.р.).
Имеются также составные
(композитные) М.р., состоящие из основы (обычно пористой мембраны), на к-рую
нанесен один или неск. селективных слоев (монолитных или мелкопористых),
отличающихся по хим. природе от материала подложки. Их изготовляют с целью повышения
прочности мембран и придания им проницаемости для определенных компонентов разделяемой
смеси. Динамические М.р. образуются, когда на пов-сть пористой основы подается
разделяемая смесь, содержащая диспергир. частицы, напр. гидроксидов металлов,
полимеров. Частицы образуют на основе слой, находящийся в динамич. равновесии
с частицами, диспергированными в смеси, и обеспечивающий селективность разделения.
См. также Мембраны жидкие
.
М.р. подразделяют также
на неионогенные и ионитовые (см. Мембраны ионообменные
).
Для монолитных М.р. характерна
диффузионная проницаемость, для пористых - фазовая (т. е. через поры проходит
в-во в виде газообразной или жидкой фазы).
Монолитные М.р. получают
формованием из р-ров (по сухому способу) или расплавов полимеров (см. Пленки полимерные
, Формование химических волокон), а также прессованием полимерных
материалов и металлич. порошков.
Пористые М. р. получают:
1) формованием из р-ров полимеров по мокрому способу или испарением из сформованных
жидких пленок (нитей) р-рителя; в последнем случае в формовочный р-р предварительно
вводят осадитель, давление паров к-рого ниже, чем у р-рителя (метод спонтанного
гелеобразования); с удалением р-рителя р-р распадается на фазы, в результате
чего образуется пористая структура; 2) из монолитных полимерных М.р.-вытягиванием
их в спец. условиях; облучением тяжелыми атомными ядрами или ионами с послед.
УФ облучением, окислением и удалением продуктов деструкции (получают т. наз.
ядерные М.р.); выщелачиванием определенных фракций (метод используется и в произ-ве
стеклянных пористых пластин). Крупнопористые М. р. готовят спеканием металлич.
порошков и полимерных материалов.
Асимметричные М. р. получают,
создавая разные условия затвердевания полимера в поверхностном слое и в остальной
массе мембраны. Напр., с пов-сти жидкой пленки (нити) сначала испаряют р-ритель,
а затем ее погружают в осадитель (сухо-мокрое формование).
Составные М.р. изготовляют
нанесением на пористую подложку из полимера, стекла, керамики или др. тонкого
(одного или неск.) слоя полимера (напр., погружением подложки в р-р полимера,
поливом его, межфазной поликонденсацией или полимеризацией мономеров в низкотемпературной
плазме, напылением).
Наиб. распространенная
форма М.р.-пленка, формуемая на машинах ленточного или барабанного типа. Для
повышения мех. прочности и стабильности формы изготовляют на пористых подложках,
напр. тканях, сетках, нетканых материалах. Пленочные М.р. используют: в плоскокамерных
аппаратах (типа фильтр-пресса) и рулонных; тонкие полимерные пленки осаждают
на внутр. пов-сти пористых трубок (неск. штук собирают в одном корпусе); полые
волокна укладывают параллельно или под углом друг к другу в пластмассовом корпусе
и склеивают в торцевых частях (см. также Мембранные процессы разделения
).
Применяют М.р. для разделения
газовых смесей (напр., выделение компонентов из смесей, образующихся при синтезе
аммиака, создание регулируемой газовой среды в фрукто-овощехранилищах); для
опреснения морских и солоноватых вод и деминерализации речной и артезианской
воды (см. Водоподготовка
); для концентрирования и очистки р-ров высокомол.
соед., в т.ч. биологически активных, молока и соков в микробиол., мед., пищ.
пром-сти; для изготовления массообменников мед. назначения (гемодиализаторы,
окси-генаторы крови).
В процессе эксплуатации
пов-сть мембран загрязняется, что приводит к ухудшению осн. показателей (производительность
и селективность) мембранного разделения. Поэтому М.р. подвергают очистке разл.
способами, напр.: обработкой пов-сти эластичной губкой (часто с применением
моющих ср-в), полиуретановыми шарами и др., не оказывающими абразивного воздействия;
воздействием турбулентного
потока жидкости (разделяемой или моющей); промывкой газожидкостной эмульсией
(обычно смесью воды и воздуха), разб. р-рами к-т или щелочей, ПАВ или др.; продувкой
сжатым воздухом (особенно микрофильтров); воздействием электрич., магн. и ультразвуковых
полей.
Из-за загрязнений М.р.
имеют ограниченный срок эффективной работы (ресурс) и их периодически приходится
заменять или очищать.
Лит.: Дубяга В.
П., Перепечкин Л. П., Каталевский Е. Е., Полимерные мембраны, М., 1981; Перепечкин
Л. П., "Успехи химии", 1988, т. 57, в. 6, с. 959-73; Resting R.E.,
Synthetic polymeric membranes, 2 ed., N. Y.-[a. o.], 1985.
Л. П. Перепечкин.
|
