ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Мембранные методы разделения смесей из "Курс коллоидной химии" Мембранные методы разделения смесей основаны на свойствах пористых тел пропускать предпочтительнее одни вещества, чем другие. В соответствии с видом переноса вещества мембранные методы можно разделить на диффузионные, электрические и гиД родинамические. Иногда один вид переноса вещества накладывается на другой для ускорения переноса нли улучшения разделения. К диффузионным методам относят газовую диффузию и диализ. При наложении электрического поля протекает электродиализ. Гидродинамическими методами являются фильтрация, ультра-фильтрация и обратный осмос. [c.238] В каждом методе применяются соответствующие мембраны. Различия в прохождении веществ через мембраны могут быть связаны как с равновесными, так и с кинетическими свойствами разделяемой системы. По этим признакам мембраны подразделяют на фильтрационные (полупроницаемые) и диффузионные. Первые из них способны разделять вещества в равновесных условиях, размер их пор соизмерим с размерами проникающих частиц или молекул. Диффузионные мембраны обычно применяют для разделения газов методом газовой диффузии. Размер иор у них должен быть таким, чтобы обеспечить кнудсеновский поток газов через мембраны. Фильтрационные мембраны в свою очередь можно классифицировать на макропористые, переходнопористые и микропористые (подобно адсорбентам). Микропористые Мембраны могут быть нейтральными или нонитовьши. [c.238] Применяемые для разделения мембраны должны обладать хо-рощей селективностью (разделяющей способностью), высокой проницаемостью (удельной производительностью), стойкостью к действию среды, механической прочностью и т. д. [c.239] Из соотношения (IV. 107) видно, что разделение газов зависит только от различия их молекулярных масс. Это соотношение является следствием молекулярно-кинетической теории оно аналогично закономерности, экспериментально установленной в середине XIX века Грэмом, который показал, что скорость прохождения газа через пористую перегородку в вакуум обратно пропорцио- нальна квадратному корню из молекулярной массы. [c.239] Легкие частицы имеют скорости больше, чем тяжелые, и чаще сталкиваются с пористой диафрагмой (мембраной), что способствует их предпочтительному проникновению. Чтобы обеспечить режим кнудсеновской диффузии, диаметр отверстий в диафрагме должен быть меньиле десятой части среднего свободного пробега молекул. Таким образом, метод газовой диффузии основан на различии кинетических свойств разделяемых газов. Этот метод был впервые применен в 1932 г. для разделения изотопов неона. В настоящее время метод широко применяется для разделения изотопов урана 235 и 238 (р / = 1,0043), который предварительно превращают в газообразный гексафторид урана, сублимирующий при 56 °С. [c.239] Диализ — метод разделения компонентов раствора, основанный на различной диффузии их через мембрану. Этот метод применяется в основном для отделения частиц золей, не проходящих через мембрану, от истинно растворенных веществ, хорошо диффундирующих через нее. Диализ проводят как с нейтральной, так II с ионитовой мембраной. [c.239] Схема электродиализатора с одной мембране . [c.240] Из уравнения (IV. 108) следует, что диффузионный поток через мембрану тем интенсивнее, чем больше коэффициент диффузии л мембране D , константа Генри Кг, разность концентраций по обе стороны мембраны и чем меньще толщина мембраны I. Если с одной стороны мембраны концентрация будет равна нулю (С2 — = 0), то поток переносимого вещества будет пропорционален концентрации l. [c.240] Из уравнения (IV. 112) следует, что поток катионов через катио-нитовую мембрану тем больше, чем больше емкость мембраны Са и ее сродство (К) к данному иону. Таким образом, иоиитовая мембрана препятствует дпффузии электролитов, но пропускает соответствующие ионы. [c.241] Одновременно через раствор пройдут количества катионов (к катоду) и анионов (к аноду), иропорциоиальные их числам переноса i+ и — долям электричества, переносимым ионами данного вида ti = где д — количество электричества, переносимого всеми ионами (/+-[-/-=1). [c.241] Если в рассмотренном процессе использовать анионообменную мембрану, то переносом электричества ионами водорода можно пренебречь, тогда число переноса для перхлорат-иона будет равно единице, т. е. электричество будет переноситься только этими ионами. Из катодного пространства, при тех же условиях в результате восстановления исчезнет 1 экв Н+ и уйдет в анодное пространство 1 экв СЮ - В анодном пространстве одновременно появится в результате окисления 1 экв ионов и придет в него из катодного пространства 1 экв ионов СЮ - В итоге концентрирование в анодном пространстве с ионитовой мембраной идет в 5 раз быстрее (выход по току), чем с нейтральной мембраной. Если электроднализ проводить с катионитовой мембраной, которая непроницаема для анионов, то Н+-ионы, появляясь в анодном пространстве и проходя через мембрану, будут исчезать из катодного пространства в результате восстановления. В итоге концентрирования кислоты происходить не будет. [c.242] Величина, обратная коэффициенту проницаемости, характеризует сопротивление осадка и пористой перегородки. [c.243] Механизм проницаемости при обратном осмосе значительно сложнее. В порах лиофильной мембраны имеется слой связанной йоды (при фильтрации водных растворов), которая уменьшает размеры пор и препятствует прохождению сильно гидратированных 1Юнов. В то же время лиофильность мембраны способствует прохождению молекул воды. [c.244] Из формулы (IV. 120) следует, что при 100%-ной селективности мембрана пропускает только растворитель. Как правило, увеличение концентрации фильтруемой системы приводит к снижению проницаемости и селективности мембраны. В то же время С и ср увеличиваются с повыщением давления, конечно же, до определенного предела. Так как через мембрану преимущественно проходит растворитель, то у ее поверхности значительно увеличивается концентрация растворенных или диспергированных веществ. Это явление называется концентрационной поляризацией. Оно может привести к снижению скорости процесса, к осаждению растворенного вещества и коагуляции дисперсной фазы, к порче мембраны. Основной метод борьбы с концентрационной поляризацией — [штенсивиое пере.мепшванпе фильтруемой системы. [c.244] Вернуться к основной статье