2. Непористые (диффузионные) мембраны

Непористые мембраны являются квазигомогенными гелями, через которые растворитель и растворенные вещества проникают под действием градиента концентраций (молекулярная диффузия).

Скорость диффузии определяется свойствами мембраны – скорость тем выше , чем слабее связаны между собой отдельные звенья полимерной цепи в гелевом слое, т.е. чем сильнее мембрана набухает.

Скорость диффузии прямо пропорциональна коэффициенту диффузии, который зависит от размеров молекул и их формы. Поэтому диффузные мембраны рационально применять для разделения компонентов с близкими свойствами, но различными размерами молекул. Диффузные мембраны – целлофановые, полиэтиленовые пленки.

Поскольку эти мембраны не имеют пар в общепринятом смысле, то в процессе эксплуатации они не забиваются и их проницаемость во времени не снижается. Диффузионные мембраны как правило не применяются для разделения растворов под действием давления, скорость процесса низка. Такие мембраны применяются для разделения газов и жидких смесей методом испарения через мембрану. Суть процесса заключается в следующем: сточная вода (или газ) вводится в соприкосновение с одной стороной мембраны. Протекающая через мембрану жидкость или газ, отводятся в потоке горячего инертного газа (в виде пара) или вакуумируются.

5. Влияние различных факторов на мембранные процессы разделения

5.1 Давление

Давление является одним из основных факторов, определяющих производительность установок обратного осмоса.

Производительность мембран увеличивается с повышением избыточного давления. Однако при некоторых высоких давлениях производительность мембран снижается, вследствие уплотнения материала мембраны. Например, для ацетатцеллюлозных мембран максимальное давление (10÷15) МПа.

Селективность мембран в области малых давлений линейно возрастает с увеличением давления, затем селективность достигает максимальной величины, и больше не меняется.

5.2 Температура

Повышение температуры приводит к уменьшению вязкости и плотности раствора, что усиливает проницаемость мембраны но с другой стороны повышение температуры увеличивает осмотическое давление, что в конечном итоге приводит к уменьшению проницаемости.

Повышение температуры вызывает усадку и стягивание мембраны, что также снижает проницаемость.

В случае ацетатцеллюлозных мембран повышение температуры до 87ºС приводит к снижению ее проницаемости до 0, т.к. происходит усадка и стягивание мембраны.

Наблюдались случаи разрушения ацетатцеллюлозных мембран при t~50ºС.

5.3 Концентрация растворенных веществ

При увеличении концентрации растворенных веществ снижается проницаемость G и селективность мембран, поскольку возрастает осмотическое давление и вязкость сточных вод и растет концентрационная поляризация.

Рекомендуют использовать обратный осмос при следующих концентрациях электролитов:

для солей одновалентных ионов - (5÷10) %;

для двухвалентных - (10÷15) %;

для многовалентных - (15÷20) %.

Для уменьшения концентрационной поляризации применяют циркуляцию раствора, турбулизацию (турбулентное движение) прилегающую мембране слоя жидкости. Для этого используют мешалки, вибрационные устройства, увеличение скорости истечения сточной воды.