2.4.3.Природа мембраны и среды для ультрафильтрации

Селективность, производительность, проницаемость мембран и срок их службы во многом зависит от такого явления как замасливание мембран. Важный фактор играет как природа мембран, то есть ее гидрофильность или гидрофобность, так и среда, в которой происходит разделение. На рисунке 2.4.3.1.показан механизм дестабилизации эмульсии на гидрофильной мембране

Рис. 2.4.3.1.Механизмы дестабилизации эмульсии на гидрофильной мембране: а – отложения капелек нефти на поверхности мембраны., b - изменение концентрации нефти на расстоянии y от поверхности мембран, с,d,e - постепенная коалесценция капелек нефти на поверхности мембран..

Найдено, что изменение морфологических свойств мембран вследствие добавления поливинилпирролидона оказывает значительное влияние на скорость потока пермеата и, следовательно, на извлечение масла. Удерживания масла у всех мембран >90%, а концентрация масла в пермеате <10 мг/л, что отвечает требованию к сбросу. [49] Мембрана PVA при ультрафильтрации очищала до 95% . результаты показали, что мембрана из PVA обладает противообрастающими свойствами от нефти[44]

В работах [50] показана модификация гидрофильной мембраны, которая способна избавляться от углеводородов из воды эмульсий с высокой выносливостью . Мембраны стабильны при рН от 2 до 12 , нет зависимости от давления, что не искажает ткань. Модификация обусловлена алюмоксановыми наночастицами , сульфонил и амин фрагментами и ионные аддукты, что позволяет склеивать водород в водных капель. Это взаимодействие позволяет формирование водного слоя на поверхности фильтра , который помогает предотвратить загрязнения и, что важнее, предоставляет энтропийный барьер для которого капли масла, содержащиеся в эмульсии, не может пересечь. Мениск водного слоя может уменьшать размер пор для гидрофобного материала.

Исследовании были успешно проведены для разделения нефти с тремя керамических мембранами, подготовленный с тремя различными композициями из недорогих неорганических соединений и глин. Все мембраны обладали хорошей коррозионной стойкость, хорошее сочетание селективности и производительности [48]

В работе [45] мембрану Al2O3 успешно модифицировали гидрофильным покрытием наноразмерного ZrO2 с толщиной около 100 нм.. Нанопокрытие способствовало сокращению мембраны загрязнение масла капли.

Значительное влияние на разделение эмульсии и замасливание мембран оказывают дополнительные дестабилизаторы. На рисунке 4.3.3.2 изображено влияние трансмембранного давления на эффект деэмульсации, где капли покрыты поверхностно ПАВ, который стабилизирует эмульсии и предотвращает их слипание [46]

Рис.4.3.2.2. Схема процесса деэмульсации эмульсии через поры мембраны: (а) давление ниже критического давления, где капли большие, чем размер пор мембраны сохраняются; (б) давление почти равно критическому давлению, деформированные капельки входят в отверстие, где они вступают в тесном контакте со стенками пор и капли воды адсорбируются х на стенках пор; (в) давление выше критического, где капли сливаются.

В работах других авторов [51] были использованы керамические мембраны с нанесением (ZrO₂/TiO₂). Эксперименты проводились при значениях рН ниже изоэлектрической точки, благодаря чему поверхность заряжается положительно (ZrOH2+/TiOH2+) и происходит адсобция анионных ПАВ. Гидрофильные глава анионного ПАВ подходит к положительно заряженной поверхности мембраны,а гидрофобные хвосты ориентированы к объемной фазе, то есть поверхность из гидрофильной становится гидрофобной, что способствует замасливанию мембран. При значениях рН выше изоэлектрической точки, поверхность мембраны заряжена отрицательно(ZrO−/TiO−) и не происходит адсорбции ПАВ, в результате чего снижается гидрофобность мембраны.Добавки, такие как поливинилпирролидон (PVP) и полиэтиленгликоль (PEG) на полисульфоновую мембрану, снижают краевой угол смачивания воды от 75° до 53,5 ° и 66 °.[52]

Новый класс гидрофильных нанокомпозитных мембран через покрытие трех наноструктур , а именно ; пара-аминобензоат алюмоксан (PAB-A), бемит -эпоксид и поликитрат алюмоксан (PC-А). представлены в работе [53] дают отличные возможности разделения нефти / воды