Вода имеет свойство загрязняться, особенно это касается промышленных производств химической, нефтяной, металлургической, пищевой промышленности. Кроме того, загрязнениям сточных вод подвержены инфекционные больницы, санатории, а также поселки и города. Существует множество разнообразных способов очистки сточных вод в зависимости от их происхождения, степени загрязнения и загрязняющих веществ. Мы неоднократно рассматривали механический, физико-химический, биологический способы очистки. Сегодня хотим вам рассказать о диализе.
Очистка дисперсных систем и растворов от примесей
Метод очистки дисперсных систем и растворов высокомолекулярных веществ от примесей, основанный на способности полупроницаемых мембран пропускать все растворимые молекулярные вещества и ионы электролита, но задерживать коллоидные частицы, называется диализом. В качестве полупроницаемых мембран применяют пергамент, целлофан, пленки коллодия, кожу и другие пористые материалы. Процессы мембранного разделения стали одной из самых быстро развивающихся технологий за последние несколько десятилетий. Мембраны, используемые для целей разделения, обычно состоят из однородной полимерной композиции, через которую компоненты, подлежащие отделению от смеси, могут перемещаться с различной скоростью при заданном наборе условий движущей силы, например, трансмембранном давлении и градиентах концентрации. Разделительные мембраны могут быть выполнены в различных формах, включая плоские, спирально намотанные и гофрированные листы и трубки.
Среди различных возможных типов разделительных мембран модуль половолоконных мембран является коммерчески предпочтительной формой, поскольку он имеет чрезвычайно большую площадь переноса на единицу объема и особенно на единицу площади поперечного сечения модуля. Превосходные массообменные свойства, обеспечиваемые конфигурацией полых волокон, привели к многочисленным коммерческим применениям в различных областях, таких как медицина (фракционирование крови), регенерация воды посредством очистки и опреснения, а также разделения газов и смесей. Другие применения половолоконных модулей, которые продолжают появляться, связаны с биохимической промышленностью для биоразделения и разделения различных углеводородных смесей для нефтехимической промышленности. Основным элементом модуля половолоконной мембраны является полое волокно очень малого диаметра, изготовленное из избирательно проницаемого материала. Обычно сотни или тысячи полых волокон выровнены по существу параллельно друг другу в пучки и расположены внутри цилиндрического корпуса для образования модуля. Концы пучков «залиты», как правило, полимерной смолой, а концы волокон остаются открытыми. Таким образом, конструкция модуля очень похожа на традиционный жидкостный теплообменник трубчато-пластинчатого типа. Из-за высокого технологического интереса к этим типам материалов в настоящее время ведутся активные разработки в области полых волокон.
Мембранные системы
Большинство применений мембран в биологических науках включают микрофильтрацию, ультрафильтрацию и диализные мембраны. Движущие силы, используемые для разделения, создаются давлением, вакуумом, центрифугированием и, в случае диализа, градиентом концентрации. За исключением шприцевых фильтров (управляемых давлением) и диализа, во многих случаях движущей силой является вакуум или центрифугирование.
Области применения мембран
Выбор метода зависит от степени требуемой чистоты и извлечения, а также от простоты использования, скорости и стоимости. Мембраны обеспечивают формат разделения по размеру молекул, разделение частиц (микропористые) или процедура связывания-промывки-элюирования с использованием формата мембраны в качестве адсорбирующего слоя, иногда называемая мембранной хроматографией.
Процессы жидкостной мембранной сепарации могут применяться в различных процессах с выдающейся эффективностью. Промышленное использование жидких мембран пока ограничено, но ожидается, что в ближайшем будущем оно будет расти. Поддерживаемые жидкие мембраны с полосовой дисперсией отличаются простотой в эксплуатации и стабильностью в течение длительного срока службы. Их потенциальные коммерческие применения включают удаление и восстановление тяжелых металлов и редкоземельных металлов из потоков отходов и технологических потоков.
По структуре мембраны в основном делятся на пористые, непористые и анизотропные мембраны (мембрана, состоящая из тонкого поверхностного слоя, опирающегося на пористую субструктуру). В управляемых давлением мембранных процессах растворитель и различные растворенные вещества проникают через мембрану, тогда как другие компоненты отклоняются в зависимости от структуры мембраны и размера пор.
Процессы мембранного разделения широко применяются в различных отраслях промышленности, включая микрофильтрацию, ультрафильтрацию, нанофильтрацию, обратный осмос, электродиализ, разделение газов и т. д.
Пористые мембраны используются в микрофильтрации и ультрафильтрации, и механизм разделения этих мембран называется «механизмом просеивания». Следовательно, размер пор и распределение пор по размерам в основном определяют, какие частицы или молекулы будут удерживаться или будут проходить через мембрану, что, в свою очередь, будет определять производительность мембранного разделения. Следовательно, для таких мембран очень важна характеристика размера пор и их распределения.
Для определения размера пор и распределения пор по размерам в пористых мембранах были разработаны различные физические методы, включая микроскопический метод, метод давления пузырьков и переноса газа, метод равновесия жидкость-пар, метод равновесия газ-жидкость и метод жидкость-жидкость. У каждого метода есть свои преимущества и недостатки. Среди этих методов методы давления пузырьков и переноса газа являются относительно простыми методами, которые часто используются для определения характеристик пористых материалов.