Что такое мембранное разделение?

Что такое мембранное разделение?

Мембранное разделение — это метод разделения, извлечения и концентрирования веществ путем их просеивания через мембрану.

Мембраны, используемые при мембранном разделении, имеют небольшие поры и могут избирательно пропускать вещества в зависимости от их размера, электрического заряда и осмотического давления.

Мембранное разделение использует градиенты энергии в качестве движущей силы для активного проникновения веществ, и в принципе существует три основных типа градиентов энергии: химический потенциал, разность давлений и разность потенциалов.

Применение мембранного разделения

Мембранное разделение в основном используется в таких процессах, как очистка, концентрирование и разделение. Существуют также другие методы, такие как дистилляция, кристаллизация и экстракция.

1. Очистка

Очистка — это удаление из воды примесей, таких как взвешенные твердые частицы, бактерии и ионы. Она используется для опреснения морской воды, очистки и утилизации промышленных сточных вод и очистки сточных вод.

2. Концентрация

Концентрация — это метод получения соли из морской воды с использованием процесса электродиализа с ионообменной мембраной. В этом методе катионообменные мембраны и анионообменные мембраны располагаются в чередующихся рядах для создания электродиализного контура, который обеспечивает перенос и селективное проникновение ионов через разность потенциалов.

3. Разделение

Разделение — это метод разделения малых молекул и макромолекул, в основном используемый в биотехнологии и фармацевтике. Он также может разделять различные сущности, включая вирусы, дрожжи, коллоиды и частицы, среди прочего.

Принцип мембранного разделения

Мембранное разделение выполняется в основном двумя методами мембранной фильтрации: полной фильтрацией и фильтрацией с поперечным потоком.

В методе полной фильтрации фильтруется вся поступающая сырая вода. При этом методе не образуются сточные воды.

Также при подаче сырой воды на мембрану на мембране образуется осадок фильтрации. Фильтрация осуществляется тем же методом, что и обычная песчаная фильтрация, и требует периодической очистки.

С другой стороны, метод фильтрации с поперечным потоком подает сырую воду параллельно поверхности мембраны, в результате чего примеси накапливаются на поверхности мембраны. Этот метод характеризуется тем, что сырая вода течет горизонтально, что предотвращает засорение фильтрующей среды, и тем, что поток пермеата выше, чем у метода полной фильтрации.

Типы мембранных разделений

Мембранные разделения можно разделить на четыре типа, в зависимости главным образом от размера разделяемого объекта. Типы мембранных разделений перечислены ниже в порядке размера объекта от самого большого до самого грубого. Существует несколько других методов мембранного разделения, и в этой теме будут обсуждаться ионообменные мембраны и газоразделительные мембраны.

1. Микрофильтрационная мембрана (МФ)

Микрофильтрационные мембраны — это метод мембранного разделения, который отделяет частицы и микроорганизмы размером от 0,01 мкм до нескольких мкм. Этот метод в основном отделяет вирусы, бактерии, водоросли и грязь. Области применения включают очистку сточных вод, стерилизацию и очистку питьевой воды.

2. Ультрафильтрационная мембрана (УФ)

Ультрафильтрационные мембраны — это метод мембранного разделения, который разделяет растворенные вещества и частицы размером от 0,1 мкм до 2 нм. Этот метод в основном разделяет белки, вирусы и бактерии. Применения включают концентрацию фруктовых соков и молочных продуктов, а также разделение или восстановление электроосажденной краски.

3. Нанофильтрационная мембрана (НФ)

Мембраны нанофильтрации представляют собой метод мембранного разделения, который разделяет частицы и макромолекулы от нескольких нанометров до нескольких десятков нанометров. Этот метод в основном разделяет ионы, белки и вирусы. Области применения включают концентрацию фруктовых соков и очистку питьевой воды.

4. Обратный осмос (ОО)

Обратный осмос представляет собой метод мембранного разделения, который разделяет растворители и растворенные вещества от примерно 0,1 нм до нескольких нм. Этот метод в основном разделяет ионы и белки. Области применения включают опреснение морской воды, концентрацию фруктовых соков и молочных продуктов, а также очистку сточных вод.

5. Ионообменная мембрана (ИЭ)

Ионообменная мембрана представляет собой мембранную систему, которая избирательно пропускает катионы и анионы в диапазоне от примерно 0,01 мкм до 1 нм. Этот метод в основном используется для разделения белков, полисахаридов, ферментов, антибиотиков и т. д. Примеры применения включают производство соли и гидроксида натрия.

6. Газоразделительная мембрана

Газоразделительные мембраны представляют собой метод мембранного разделения, который разделяет компоненты газа от приблизительно 1 нм до 0,1 нм. Этот метод в основном разделяет ионы и молекулы. Приложения включают обогащение ферментами и разделение метана, углекислого газа и водорода.