Химическая энциклопедия - мембраны разделительные

(полупроницаемые, селективно-проницаемые мембраны), избирательно пропускают отдельные компоненты газовых смесей, р-ров, коллоидных систем. Представляют собой пленки, пластины, трубки и полые нити, изготовленные из стекла, металла, керамики, полимеров. Наиб. практич. значение имеют полимерные М. р., напр. из целлюлозы и ее эфиров, полиамидов, поли-сульфонов, полиолефинов и большинства др. известных полимеров.

Различают в осн. М. р.: монолитные (сплошные, диффузионные), проницаемость к-рых связана с диффузией газов или жидкостей в объеме мембраны (поры отсутствуют); п о р и с т ы е с системой сквозных сообщающихся пор постоянного размера; а с и м м е т р и ч н ы е (двухслойные, анизотропные), состоящие из пористого высокопроницаемого слоя (подложки) и тонкого селективного слоя мелкопористого или монолитного (толщина его может составлять ок. 0,25% общей толщины М. р.).

Имеются также составные (композитные) М. р., состоящие из основы (обычно пористой мембраны), на к-рую нанесен один или неск. селективных слоев (монолитных или мелкопористых), отличающихся по хим. природе от материала подложки. Их изготовляют с целью повышения прочности мембран и придания им проницаемости для определенных компонентов разделяемой смеси. Динамические М. р. образуются, когда на пов-сть пористой основы подается разделяемая смесь, содержащая диспергир. частицы, напр. гидроксидов металлов, полимеров. Частицы образуют на основе слой, находящийся в динамич. равновесии с частицами, диспергированными в смеси, и обеспечивающий селективность разделения. См. также Мембраны жидкие.

М. р. подразделяют также на неионогенные и ионитовые (см. Мембраны ионообменные).

Для монолитных М. р. характерна диффузионная проницаемость, для пористых фазовая (т. е. через поры проходит в-во в виде газообразной или жидкой фазы).

Монолитные М. р. получают формованием из р-ров (по сухому способу) или расплавов полимеров (см. Пленки полимерные, Формование химических волокон), а также прессованием полимерных материалов и металлич. порошков.

Пористые М. р. получают: 1) формованием из р-ров полимеров по мокрому способу или испарением из сформованных жидких пленок (нитей) р-рителя; в последнем случае в формовочный р-р предварительно вводят осадитель, давление паров к-рого ниже, чем у р-рителя (метод спонтанного гелеобразования); с удалением р-рителя р-р распадается на фазы, в результате чего образуется пористая структура; 2) из монолитных полимерных М. р.-вытягиванием их в спец. условиях; облучением тяжелыми атомными ядрами или ионами с послед. УФ облучением, окислением и удалением продуктов деструкции (получают т. наз. ядерные М. р.); выщелачиванием определенных фракций (метод используется и в произ-ве стеклянных пористых пластин). Крупнопористые М. р. готовят спеканием металлич. порошков и полимерных материалов.

Асимметричные М. р. получают, создавая разные условия затвердевания полимера в поверхностном слое и в остальной массе мембраны. Напр., с пов-сти жидкой пленки (нити) сначала испаряют р-ритель, а затем ее погружают в осадитель (сухо-мокрое формование).

Составные М. р. изготовляют нанесением на пористую подложку из полимера, стекла, керамики или др. тонкого (одного или неск.) слоя полимера (напр., погружением подложки в р-р полимера, поливом его, межфазной поликонденсацией или полимеризацией мономеров в низкотемпературной плазме, напылением).

Наиб. распространенная форма М. р.-пленка, формуемая на машинах ленточного или барабанного типа. Для повышения мех. прочности и стабильности формы изготовляют на пористых подложках, напр. тканях, сетках, нетканых материалах. Пленочные М. р. используют: в плоскокамерных аппаратах (типа фильтр-пресса) и рулонных; тонкие полимерные пленки осаждают на внутр. пов-сти пористых трубок (неск. штук собирают в одном корпусе); полые волокна укладывают параллельно или под углом друг к другу в пластмассовом корпусе и склеивают в торцевых частях (см. также Мембранные процессы разделения).

Применяют М. р. для разделения газовых смесей (напр., выделение компонентов из смесей, образующихся при синтезе аммиака, создание регулируемой газовой среды в фрукто-овощехранилищах); для опреснения морских и солоноватых вод и деминерализации речной и артезианской воды (см. Водоподготовка); для концентрирования и очистки р-ров высокомол. соед., в т. ч. биологически активных, молока и соков в микробиол., мед., пищ. пром-сти; для изготовления массообменников мед. назначения (гемодиализаторы, окси-генаторы крови).

В процессе эксплуатации пов-сть мембран загрязняется, что приводит к ухудшению осн. показателей (производительность и селективность) мембранного разделения. Поэтому М. р. подвергают очистке разл. способами, напр.: обработкой пов-сти эластичной губкой (часто с применением моющих ср-в), полиуретановыми шарами и др., не оказывающими абразивного воздействия; воздействием турбулентного потока жидкости (разделяемой или моющей); промывкой газожидкостной эмульсией (обычно смесью воды и воздуха), разб. р-рами к-т или щелочей, ПАВ или др.; продувкой сжатым воздухом (особенно микрофильтров); воздействием электрич., магн. и ультразвуковых полей.

Из-за загрязнений М. р. имеют ограниченный срок эффективной работы (ресурс) и их периодически приходится заменять или очищать.

Лит.: Дубяга В. П., Перепечкин Л. П., Каталевский Е. Е., Полимерные мембраны, М., 1981; Перепечкин Л. П., "Успехи химии", 1988, т. 57, в. 6, с. 959-73; Resting R.E., Synthetic polymeric membranes, 2 ed., N. Y.-[a. o.], 1985.

Л. П. Перепечкин.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

Под ред. И. Л. Кнунянца

1988