Малюнок 1 - Порівняльна схема фільтрації та мембранного процесу
З технологічної точки зору для градієнта електричного потенціалу не має принципового значення, який матеріал застосовується в якості мембран: полімерна плівка; тонка металева або керамічна пластина; шар рідини [1].
Крім того, якщо розчин відділяється від розчинника (або іншого розчину) деяким простором, заповненим паром розчиненої речовини, то цей простір разом з поверхнями розділу може діяти як напівпроникна мембрана - шар матеріалу, який внаслідок своєї будови володіє здатністю пропускати одні частинки і затримувати інші. Тому вакуум або газ також можуть служити в якості мембран, типи яких представлені нижче.
Тверді:
полікристалічні (органічні і неорганічні);
- монокристалічні (органічні і неорганічні).
Рідкі:
аніонні;
катіонні;
нейтральні.
Тверді мембрани повинні бути:
високопорістій;
в порах мембрани частки повинні бути у вигляді іонів;
заряди повинні бути фіксовані;
розчини електролітів, що контактують з мембраною, повинні бути повністю диссоційовані.
Рідкі мембрани повинні бути:
нерозчинними в зовнішньому і внутрішньому розчинах;
не повинні змішуватися з внутрішнім і зовнішнім розчинами;
речовина мембрани і розчини, її оточуючі, повинні бути у вигляді іонів.
Рідкі мембрани являють собою розчини іонообмінних речовин в органічних розчинниках (іоніти або синтетичні нейтральні з'єднання - природні, або синтетичні полімери, ионит складається з полімерного каркаса, у вузлах якого знаходяться фіксовані іони, тобто аніони або катіони, в порах каркаса циркулюють іони протилежного знака - протівоіони) відокремлені від водних розчинів нейтральними, пористими перегородками (скляними або полімерними) [1]. Пори нейтральної перегородки просочуються розчином іоніту, що забезпечує електролітичний контакт фаз (малюнок 2).
Рисунок 2 - Схема рідкої мембрани
У розчині електроліту іоніти здатні обмінювати свої протівоіони на іони того ж знака і заряду в строго еквівалентних кількостях. Залежно від того, який іонообмінний розчин використовують в мембранах, рідкі мембрани поділяють на катіонні, аніонні, нейтральні.
Мембранна технологія - це новий принцип організації процесу поділу. Залежно від фізичного стану розділених фаз (тверде, рідке, газоподібне) і від типу застосовуваних мембран реалізуються різні мембранні процеси. Розглянемо найбільш важливі з них.
Діаліз - перенесення розчиненої речовини через мембрану за рахунок градієнта його хімічного потенціалу по обидві сторони мембрани. Поділ речовин при діалізі здійснюється за рахунок різної швидкості їх дифузії через мембрану. Процес використовується для відділення лугу від колоїдної гемоцеллюлози у виробництві віскози, для виділення кислот з тривіальних розчинів, очищення біологічних розчинів. Недоліком процесу є низька продуктивність [1].
Осмос - перенесення розчинника через мембрану з області з меншою концентрацією розчину в область з більшою концентрацією. Рушійна сила процесу - осмотичний тиск розчинника.
Зворотний осмос - поділ істинних розчинів при накладенні на мембранну систему різниці тисків, що перевищують осмотичний тиск.
Ультрафільтрація - відділення молекул або частинок, істотно різняться за розмірами, під дією тиску, прикладеного до пористої мембрані.
Поділ газів через мембрани здійснюється за рахунок селективної проникності матеріалу мембрани і, як правило, супроводжується додатком до системи різниці тиску [1].
Обмін в системі газ - рідина через мембрану здійснюється за рахунок різниці тисків і зміни агрегатного стану речовин. При використанні полімерних мембран в хімічній промисловості здійснюється розділення рідких азеотропних сумішей.
Особливу область представляють процеси з накладенням на мембранну систему електричного поля - процеси мембранного електролізу . При таких процесах здійснюється перенесення розчинених речовин через мембрану під дією електричного поля (електродіаліз), перенесення розчинника через мембрану під дією електричного поля (електроосмос), електрохімічні реакції на електродах і взаємодії переносимих через мембрану компонен...
