ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Предисловие академика Г. Н. Флерова из "Мембранная фильтрация" К сожалению, в книге недостаточно полно отражены характеристики трековых мембран, изготавливаемых методами ядер-ной физики. Один из типов этих мембран, а именно ядерные фильтры, не упомянуты вообще. Трековые же мембраны в настоящее время получили общее признание как превосходящие (во многих случаях) по своим свойствам традиционные мембранные фильтры. Этот пробел восполняется в предисловии акад. Г. Н. Флерова, который дает полную картину свойств и важных применений ядерных фильтров. [c.5] Перевод выполнен канд. хим. наук С. М. Зеньковским (гл. 1—7) и канд. хим. наук М. Л. Шульманом (гл. 8—14 и приложение). [c.5] Фильтрация как метод очистки различного рода жидкостей используется человеком с давних времен еще древние египтяне процеживали через ткани вино, сохранились также древние китайские тексты с гравюрами, которые позволяют представить в подробностях многостадийный процесс очистки раствора поваренной соли от примесей путем фильтрации его через ряд циновок особого плотного плетения. [c.6] Однако в книге, которая предлагается вниманию читателей, речь пойдет главным образом о фильтрации не в таком классическом понимании, а о мембранной фильтрации, позволяющей осуществить ряд принципиально новых технологических процессов тонкого разделения различных жидкостей и газов. В этих процессах в качестве пористых перегородок используют полимерные пленки (мембраны) с развитой системой пор, размеры которых колеблются от тысячной доли микрона до нескольких микрон. [c.6] Фильтры, как правило, представляют собой содружество тесно переплетенных тонких волокон или механически соединенных тем или иным образом между собой частиц. Поры в фильтрах— пространство между этими гранулами или волокнами. Диапазон размеров пор фильтров находится обычно в пределах от десяти до нескольких микрометров. Фильтры могут быть изготовлены как из неорганических материалов (например, скрепленные между собой волокна асбеста или стекла, гранулы кварца или мелкие частицы металла), так и из синтетических полимеров (полимерные волокна и гранулы). Делаются фильтры в виде довольно толстых (1—10 мм) листов, а также в виде катушек или патронов. В последнем случае жгуты из волокон плотно наматываются на полый центральный стержень толщина слоя волокон в таких патронах может достигать 3—5 см. [c.6] Мембраны же являются тонкими (не более 0,3 мм) полимерными пленками, имеющими на микроскопическом уровне обычно вид капиллярного, сетчатого или губчатого каркаса, отдельные элементы структуры которого представляют собой неразрывное целое. Порами в мембранах являются просветы между звеньями этого пористого каркаса. Таким образом, в отличие от фильтров мембраны — типичные представители двухфазных коллоидных систем типа газ — твердое тело . [c.6] Не вдаваясь более в терминологические подробности, заметим только, что, на наш взгляд, различие между обычными и мембранными фильтрами скорее диалектическое при переходе от фильтров к мембранам мы, как правило, переходим к пористым перегородкам со все более малыми порами. Мембранную фильтрацию в отличие от обычной ведут, как правило, в режимах тангенциального (т. е. касательного, а не нормального к поверхности мембраны) потока фильтруемой среды. [c.7] В настояш,ее время процессы мембранной фильтрации используются в огромном числе технологических схем и сфера их применения все более расширяется. Это главным образом связано с технологической простотой, высокой эффективностью, малой материало- и энергоемкостью мембранных процессов. Например, лишь методы мембранной фильтрации позволяют эффективно выделить из огромных объемов жидкостей и газов практически все содержащиеся там болезнетворные микроорганизмы (стерилизующая фильтрация сред). Классическим примером низкой энергоемкости является обессоливание воды с помощью обратного осмоса затраты в этом случае примерно в 10 раз ниже, чем при опреснении воды дистилляцией. В настоящее время разработаны мембранные аппараты столь компактные, что в очень малом их объеме, равном объему спичечного коробка, можно заключить мембраны с площадью поверхности около одного квадратного метра. [c.7] В настоящее время технологии, основанные на мембранных процессах, интенсивно развиваются поэтому за рубежом мембраны и соответствующее оборудование выпускаются огромным числом фирм. Только в книге Т. Брока упомянуто более 50-ти таких фирм, на самом деле их гораздо больше. Еще огромнее номенклатура производимых фирмами мембран. Так, известная фирма Миллипор корпорейшн (США) производит более десятка типов микрофильтрационных мембран, каждый из которых в свою очередь может отличаться размерами, величиной пор, видом упаковки, цветом мембраны могут выпускаться с гладкой или с разграфленной на секторы поверхностью для особых видов работ отдельные участки мембран могут быть гид-рофобизированы. В Советском Союзе мембраны (включая мембраны для газоразделения, микрофильтрации, ультрафильтрации, диализа и обратного осмоса) производят около 10-ти организаций. [c.7] ВОСХОДЯТ открытия удивительных свойств биологических клеточных мембран. Сейчас, например, стало ясно, что избирательная проницаемость стенок этих мембран для различных ионов определяется существованием в мембранах транспортных пор. Эти ионные каналы, образованные макромолекулами белков, имеют узкий селективный слой вблизи наружной поверхности мембраны. Размер поры вблизи этого селективного слоя составляет около Зх5А при этом вдоль стенок пор расположены гидрофильные заряженные группы, придающие всей системе дополнительную избирательность. [c.8] Естественно, биологическая мембрана — это своеобразная, чрезвычайно сложно и в высшей степени рационально действующая машина . Скопировать полностью ее функцию для получения ионселективных мембран пока невозможно. До сих пор это удалось сделать лишь чисто механически диализные и обратноосмотические мембраны позволяют, как уже упоминалось, селективно удалять из воды растворенные в ней соли. В наше время водой, опресненной с помощью мембран традиционного типа, снабжаются целые города. Последнее, кстати, характеризует и высокую производительность этих мембран, что немаловажно там, где необходима фильтрация больших объемов жидкостей или газов. Поэтому традиционные мембраны выпускаются сейчас за рубежом миллионами квадратных метров в год. [c.8] ТОГО каркаса сетчатых мембран, то длина получившейся нити будет превышать расстояние от Земли до Луны). Поэтому в фильтрат с такой разветвленной поверхности может попасть и большое количество экстрагируемых веществ. [c.9] Первые трековые мембраны были разработаны сравнительно недавно, а именно в начале 1960-х годов, специалистами фирмы Дженерал электрик компани . При этом для получения треков были использованы осколки реакции деления, вызванные облучением довольно большим потоком нейтронов (свыше 10 нейтронов в секунду) слоя делящегося вещества (и ). Но опасность радиоактивного загрязнения таких мембран, получаемых столь неэффективным методом, имплантируемыми осколками деления в ряде случаев затрудняет или делает полностью невозможным использование этих мебран. Кроме того, у таких мембран существует довольно большой разброс пор, определяемый различиями в энергии и массе осколков деления, которыми облучается исходная полимерная пленка. [c.9] В предлагаемой читателю книге довольно подробно освещены вопросы практического применения традиционных мембран. В отношении же трековых мембран это сделано менее полно, а о ядерных фильтрах не упоминается вообще. Однако благодаря своей компактности, абсолютной радиационной безопасности, дешевизне исходного материала и экологической чистоте технологии производство ядерных фильтров, по нашему мнению, в ближайшие 10 лет будет интенсивно нарастать. Подобной ситуации будет способствовать также и одна из особенностей технологии получения ядерных фильтров, позволяющая резко интенсифицировать их производство. Речь идет здесь о возможности одновременного облучения и последующего травления не одного, как это делается сейчас, а многих (десятков и сотен) слоев исходной полимерной пленки. Технология получения ядерных фильтров стремительно развивается в ГДР, Румынии, Франции и ФРГ. Поэтому здесь хотелось бы отметить хотя бы наиболее интересные области использования ядерных фильтров как нового типа мембран. [c.10] Уникально малый разброс размеров пор, практически полное отсутствие адсорбции биополимеров на поверхности и внутри пор ядерных фильтров сделали их незаменимыми в производстве вакцин против ряда особо опасных вирусных заболеваний человека и сельскохозяйственных животных (бешенство, клещевой энцефалит, грипп и многие другие) и при получении концентратов вирусов. В промышленных процессах очистки вирусов на ядерных фильтрах используются плоскокамерные мембранные аппараты, обеспечивающие концентрирование 5—20 литров культуральных вирусных суспензий за время 0,5—2 часа. При этом используются обычные для мембранных процессов режимы тангенциального течения жидкости над поверхностью мембран со скоростью 0,1—0,5 м/с. Эти режимы мембранной фильтрации позволяют предотвратить быстрое забивание пор мембран и связанное с ним снижение скорости фильтрации. [c.10] Очень интересно новое направление использования ядерных фильтров в медицине, связанное с отделением мембранной фильтрацией форменных элементов крови от плазмы крови (так называемая техника плазмафереза). При переливании крови это позволяет использовать лишь ее плазму, форменные же элементы крови возвращаются обратно донору. При отравлениях и болезнях почек зачастую требуется пропускать кровь через слой адсорбента или диализовать ее в мембранных аппаратах искусственная почка . Форменные элементы при этих процедурах травмируются. Этого не случается, если подобным процедурам подвергать лишь плазму крови, полученную методом плазмафереза через ядерные фильтры. [c.11] Здесь следует заметить, что ядерные фильтры разрешены Министерством здравоохранения СССР для использования их при фильтрационной очистке крови, лекарств, растворов белков, вакцин и других биологически активных препаратов, предназначенных для введения в организм человека. [c.11] Пылеулавливатели, различного типа респираторыв конструкциях которых использованы ядерные фильтры, позволяют вести тонкую очистку газов и воздуха от токсичной пыли и от пыли, оказывающей абразивное действие на различные детали двигателей внутреннего сгорания. [c.11] Этим примером, пожалуй, стоит закончить краткое описание технологических возможностей ядерных фильтров. На самом же деле спектр их применений гораздо шире — например, использование ядерных фильтров как матриц для формирования на основе их пористой структуры различного рода текстур. Но вопросы такого рода выходят за рамки книги о практической мембранной фильтрации, хотя и дают представление о богатстве возможностей и о перспективах использования мембран и методов, основанных на их применении. [c.12] Вернуться к основной статье