Procese neconvenționale de separare

Membrane şi procese de membrană

Membranele sintetice sunt de o mare diversitate dar se pot clasifica în 5 clase pt a facilita studiul lor:membrane microporoase,membrane omogene,membrane asimetrice,membrane încărcate electric,membrane lichide ce conţin cărăuşi selectivi.

Membrane microporoase

Au o compoziţie uniformă,din materiale simple,cu orificii între 1nm şi 20μm.

Materialele sunt : ceramică , grafit , metale şi aliaje , oxizi metalici,polimeri.Aplicaţii ale acestora:micro şi ultrafiltrare,dializă.În general sunt utilizate la separări mai simple,particulele ce trebuie separate având dimensiuni foarte diferite,ceea ce le face uşor de separat.

Membrane omogene (neporoase)

Sunt alcătuite dintr-un filtru dens prin care trec moleculele ce se separă,sub influenţa unei diferenţe de presiune foarte mare sau a unui potenţial electric.

Separarea se bazează pe difuzivitatea unor compuşi prin anumite filme spre deosebire de alţi compuşi care nu difuzează,adică pe selectivitatea materialului filtrant faţă de compuşii chimici ce trebuie separaţi.Sunt utilizate în special la separări de faze şi la pervaporare.

Membrane asimetrice

Sunt alcătuite dintr-un strat gros de material poros (100-200μm) peste care este aşezată o membrană neporoasă sau poroasă de grosime mică (0,1-1μm).Stratul gros poros îi conferă rezistenţă mecanică bună fără a influenţa proprietăţile de transport ale membranei;stratul subţire conferă selectivitate,proprietăţi de transport şi este membrana propriu-zisă.

Acest tip de membrană se pretează la procesele de separare care se petrec sub influenţa diferenţei de presiune:osmoza inversă,ultrafiltrarea,separări de gaze.

Pt fabricarea lor se utilizează inversia de faze şi depunerea unui strat subţire pe o structură microporoasă.Membranele asimetrice pot fi alcătuite şi din 3 straturi:stratul poros de grosime mare la mijloc,stratul poros de grosime mică (membrana) în partea inferioară iar a doua membrană,neporoasă,de grosime mică deasupra.Acest „sandwich” formează o membrană compozită.

Membrane încărcate electric (membrane schimbătoare de ioni)

Sunt constituite dintr-un gel care are în structură o serie de ioni pozitivi (numite membrane anionice) sau negativi (cationice).Denumirea lor pare inversată dar este corectă deoarece membranele anionice lasă să treacă anionii.

Fenomenul care stă la baza funcţionării acestei membrane este cel al respingerii electrostatice.Cationii din membranele anionice resping cationii din permeat,lăsând să treacă numai anionii.Procesul de fabricaţie al acestor membrane este foarte asemănător cu cel al fabricării răşinilor schimbătoare de ioni,numai ca aceste răşini se depun pe un suport poros sau sunt trase sub formă de membrană.

Aplicaţii:electrodializă,electroliză,baterii de acumulatori,celule de combustie,pervaporare.

Membrane lichide ce conţin cărăuşi

Alături de membranele compozite,acest tip de membrane a cunoscut o dezvoltare explozivă în ultimul timp ca urmare a aplicaţiilor în toate domeniile (de la farmaceutic,biologic şi industrial).

Transportul prin aceste membrane este facilitat de particulele din interiorul membranei numite „cărăuşi”.

Tehnici de obţinere:formarea unui filtru lichid subţire cu ajutorul unor stabilizatori de interfaţă.

Aplicaţii:fabricarea medicamentelor,recuperarea ionilor grei din soluţii,separări din fluide biologice.

Procesele de membrană se bazează pe fenomenul de transport prin membrane.Asupra fiecărui component dintr-un amestec acţionează o forţă motrice.Fluxul de permeat este direct proporţional cu această forţă motrice:J=-A•dX/dx.

dX/dx : forţa motrice care este gradientul unei mărimi (presiune,concentraţie,potenţial electric).Această forţă motrice este aceeaşi pt toţi componenţii.Totuşi,unii trec cu viteză mai mare,alţii cu viteză mai mică.Ceea ce face diferenţa este factorul de proporţionalitate A care are semnificaţia fizică de coeficient de difuzie.Deoarece,pt componenţii din alimentare acest coeficient poate să difere cu câteva ordine de mărime,rezultă că viteza de transfer poate să difere cu câteva ordine de mărime deci viteza unor componeţi va fi neglijabilă în comparaţie cu a altora.

Factorul de proporţionalitate este determinat de natura chimică a compuşilor (mărimea moleculei,polaritate) sau de alţi factori:temperatură,presiune.mediul în care se găsesc aceşti compuşi precum şi de proprietăţile fizico-chimice ale membranei.