3. Ультрафільтрація (лекція 5)

Метод ультрафільтрації полягає в розділенні високомолекулярних і низькомолекулярних з'єднань на селективних мембранах, здатних пропускати низькомолекулярні з'єднання під дією тиску (0,2 – 1,0 МПа). Ультрафільтрація в 50 разів ефективніша гель-фільтрації і в 100 разів ефективніша за очищення з використанням фракціонування етанолом.

Переваги ультрафільтрації:

- виключається денатурація білка (оскільки процес йде без фазових перетворень при будь-якій температурі);

- можлива одночасна концентрація і очищення від мінеральних і низькомолекулярних органічних речовин;

- незначні витрати енергії;

- ультрафільтраційні установки відрізняються простотою конструкції і експлуатації.

Недоліки ультрафільтрації:

- емпіричний підхід до підбору мембран на певній стадії виділення БАР;

- теоретично передбачити ультрафільтраційні властивості розчинів складного складу неможливо, оскільки мембрани зазвичай стандартизують кислими речовинами з певною молекулярною масою.

Технологія ультрафільтрації наступна: суспензію під тиском пропускають через напівпроникну мембрану з великою кількістю пор діаметром (0,001 – 0,02 мкм), внаслідок чого колоїдна частина затримується мембраною, а вода і молекули, що містяться в ній, проходять через стінки ниток і скупчуються в корпусі патрона.

Активна частина мембрани – це поверхня по якій проходить суспензія. Розділення фракції відбувається саме на цій тонкій поверхні. Мембрана не однорідна по товщині, унаслідок чого опір перебігу рідини по всій її поверхні мінімальний.

Основні виробники ультрафільтраційних установок – фірми «Альфа-Лаваль» (Швеція), «Міліпор» (США), DDC – PO (Данія).

4. Зворотний осмос

Зворотний осмос (гіперфільтрація) – перехід розчинника (води) з розчину через напівпроникну мембрану під дією зовнішнього тиску. Надмірний зовнішній тиск розчину в цьому випадку набагато більше осмотичного.

Рушійною силою зворотного осмосу є різниця тиску.

(4)

Для розділення речовин застосовуються мембрани двох типів:

1. пористі, з розміром пор – мкм. Селективна проникність заснована на адсорбції молекул води поверхнею мембрани і її порами. У нашій країні випускають ацетатцелюлозні мембрани: УАМ – 50 м, УАМ – 500 м.

2. Непористі дифузійні мембрани утворюють водневі зв'язки молекулами води на поверхні контакту. Під дією надмірного тиску ці зв'язки руйнуються, молекули води дифундують в протилежну сторону мембрани, а на вільне місце, що утворилося, проникають наступні. Таким чином, вода як би розчиняється на поверхні і дифундує всередину шаруючи мембрани. Майже всі БАР, окрім газів, не можуть проникати через таку мембрану. У нашій країні і країнах СНД випускають с МГА – 80, МГА – 90, МГА – 100.

Цифра в марці означає відсоток селективності.

(5)

і - концентрація речовини в початковому розчині і фільтраті, міліграм/мл.

На цьому принципі працюють промислові вітчизняні установки типу «Роса», УГ – 1, УГ – 10, продуктивність від 0,1 до 1 і від 1 до 10 /добу; і закордонні фірми «Абкор» (США), DDC – PO (Данія).

Зазвичай установки для зворотного осмосу призначені для однорідних високов'язких рідин. Випускають установки двох типів: трубчаті і рулонні, застосовуючи не менше п'яти марок матеріалу, що фільтрує, які володіють високою стійкістю до рН (1 – 13), селективністю і робочою температурою до 80 .