2015-05-05
743
Классифицируются по размерам пор используемых мембран и размерам задерживаемых частиц.
| Методы | Размер пор мембран, мкм | Размер задерживаемых частиц, см |
| обратный осмос | около 3∙10-4 | От 5∙10-8 до 8∙10-5 |
| ультрафильтрация | 15∙10-5 | От 3∙10-7 до 1∙10-4 |
| микрофильтрация | 0,2 | От 5∙10-6 до 2∙10-3 |
| тонкая фильтрация | Более 2,5∙10-3 |
Прямой осмос – это диффузия молекул растворителя в раствор через полупроницаемую мембрану, когда мембрана не пропускает растворенное вещество. Осмотическое давление раствора (р0) зависит от молярной концентрации растворенного вещества и степени его диссоциации. Если р0>рГ (давление гидравлическое), то идет прямой осмос. Если р0= рГ, диффузия воды через мембрану прекращается. Если рГ>р0, молекулы растворенного вещества и воды будут проходить через мембрану в растворитель. Этот механизм лежит в основе обратного осмоса и ультрафильтрации.
Следовательно, обратный осмос и ультрафильтрация – это перенос молекул через мембрану под давлением выше осмотического, при котором растворитель (вода) проходит через мембрану, а растворенное вещество в зависимости от его молекулярной массы и величины пор мембраны частично или полностью задерживается. Скорость ультрафильтрации тем выше, чем больше разница между рабочим давлением рГ и осмотическим.
Обратный осмос и ультрафильтрация – широко распространены в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, фармацевтической и ферментной промышленности.
Преимущества ультрафильтрации – отсутствие тепловой инактивации ферментов и небольшие энергозатраты, позволяет провести концентрирование раствора без фазового превращения при комнатной температуре и одновременном освобождении от балластных веществ (низкомолекулярных).
Обратный осмос и ультрафильтрация имеют один механизм, но отличаются по ряду параметров.
Различия между обратным осмосом и ультрафильтрацией – при обратном осмосе разделение низкомолекулярных веществ происходит при рабочем давлении до 0,7-14 МПа, т.к. р0 в этих растворах велико. Используются мембраны с очень маленькими порами (от 1∙10-4 до 2∙10-3 мкм).
При ультрафильтрации происходит разделение высоко- и низкомолекулярных веществ, цель процесса – получение концентрированного раствора высокомолекулярных соединений (например, ферментов). При этом рабочее давление низкое (от 0,07 до 0,7 МПа), т.к. р0 в этих растворах небольшое. Используются мембраны с порами большими (от 3∙10-3 до 150∙10-3 мкм).
Названные различия достаточно условные.
Для математического описания процесса мембранного разделения служит модель движения вязкого потока через поры (уравнение Пуазейля) и модель диффузионного массопереноса (закон Фика). Принято считать, что если размер пор мембран меньше 3∙10-3, то процесс подчиняется закону Фика (обратный осмос), при размере пор мембран больше 3∙10-3(ультрафильтрация), процесс подчиняется уравнению Пуазейля.
