Введение.

Содержание

Стр.

Введение.................................................................................................................................................. 3

1. Мембраны............................................................................................................................................ 5

1.1 Классификация мембран.............................................................................................................. 5

1.2 Полимерные мембраны................................................................................................................ 7

1.3 Мембраны из неорганических материалов................................................................................ 8

1.3.1 Мембраны из микропористого стекла................................................................................. 8

1.3.2 Мембраны из керамики......................................................................................................... 9

1.3.3 Мембраны из графита......................................................................................................... 10

1.4 Очистка мембран........................................................................................................................ 10

2. Мембранные процессы разделения................................................................................................ 11

2.1 Баромембранные процессы....................................................................................................... 11

2.1.1 Обратный осмос................................................................................................................... 11

2.1.2 Ультрафильтрация............................................................................................................... 12

2.1.3 Микрофильтрация............................................................................................................... 14

2.2 Электромембранные процессы................................................................................................. 14

2.3 Диффузионно-мембранные процессы...................................................................................... 15

2.3.1 Мембранное газоразделение............................................................................................... 15

2.3.2 Испарение через мембрану (первапорация)..................................................................... 16

2.3.3 Диализ................................................................................................................................... 17

3. Мембранные аппараты..................................................................................................................... 18

4. Мембранные технологии в России................................................................................................. 20

Заключение............................................................................................................................................ 23

Список использованной литературы................................................................................................. 24

Приложения.......................................................................................................................................... 25

Введение

За последнее десятилетие мембранные методы разделения интенсивно развиваются и реализуются в самых различных сферах деятельности человека. Особенно широко эти методы используются для опреснения соленых и очистки сточных вод.

В химической и нефтяной промышленности мембранные методы применяют для разделения смесей высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений, азеотропных смесей, для выделения гелия и водорода из природных газов, кислорода из воздуха и т.п.; в пищевой промышленности – для получения высококачественного сахара, пастеризации пива, стабилизации виноградных вин и т.п.; в микробиологии и медицине – для очистки и фракционирования биологически активных веществ (БАВ) и лекарственных средств, ферментов, очистки крови и т.п.

Сейчас распространено применение полупроницаемых мембран для аналитических целей и контроля окружающей среды (за содержанием в воде и воздухе различных загрязнений), при освоении космоса и вод мирового океана.

«Ведутся работы по созданию синтетических мембран, способствующих воспроизведению некоторых из фотохимических реакций, происходящих в зеленых растениях. При этом главная задача состоит не столько в получении углеводов, протеинов, жиров, нуклеиновых кислот, производимых при участии природных мембран, сколько в получении водорода из других «энергетических» веществ. Эти мембраны должны быть способны с помощью энергии солнечного света расщеплять воду и производить водород, который можно накапливать и использовать в качестве топлива» [1].

Конечно, краткий перечень основных направлений использования мембранных методов далеко не исчерпывает всех возможных областей их применения. Широкая реализация этих методов открывает весьма заманчивые перспективы. Однако, это совершенно не означает, что все проблемы исследования мембран и мембранных методов (мембранологии) уже решены. Отнюдь нет. Например, нельзя считать, что полностью раскрыт механизм этих процессов. Следовательно, создание их количественной теории является, безусловно, актуальной задачей, без решения которой невозможны разработка теории направленного получения мембран с заранее заданными свойствами и технологический расчет мембранных процессов и аппаратов без постановки предварительных экспериментов.

Итак, что же из себя представляют мембранные процессы разделения? Они основаны на проницаемости одного или нескольких компонентов жидкой либо газовой смеси, а также коллоидной системы через разделительную перегородку – мембрану. Разделение с помощью мембран является результатом конкурирующих и взаимодействующих между собой компонентов смеси с поверхностью перегородки. Фаза, прошедшая через нее, называется

пермеатом (иногда - фильтратом), а задержанная – концентратом. Движущая сила мембранных процессов разделения - разность химических или электрохимических потенциалов по обе стороны перегородки. Эффективность мембранного разделения определяется селективностью, коэффициентом разделения, проницаемостью мембран.

Мембранные процессы разделения могут быть осложнены недостаточной стойкостью мембран к агрессивным средам и действию микроорганизмов. Химическая стойкость мембран, например, к гидролизу обеспечивается тщательным подбором материала, характеристик рабочей среды и условий проведения процесса. Для предотвращения биологического обрастания, а иногда и разрушения мембран некоторыми видами микроорганизмов исходную смесь хлорируют, например Сl₂ или гипохлоритами, обрабатывают раствором CuSO₄ либо формальдегидом, а также подвергают озонирования и УФ облучению.

«Вообще мембраны являются наукоемкой продукцией межотраслевого применения, без которой невозможно прорывное развитие базовых и высокотехнологичных секторов экономики, развитие науки, а также эффективное решение важных задач социальной сферы. Вряд ли можно указать область деятельности человека, в которой не потребовалось бы применение мембран. Именно поэтому мембранная наука и технология всегда была предметом пристального внимания нашего государства. В СССР координация работ в области мембран осуществлялась в рамках Межотраслевого научно-технического комплекса «Мембраны» (МНТК «Мембраны»)» [10]. Сегодня научные и технологические разработки в области мембран финансируются на конкурсной основе Федеральным агентством по науке и инновациям по приоритетному направлению «Индустрия наносистем и материалов» в рамках критической технологии «Технологии создания мембран и каталитических систем». Следует особо подчеркнуть, что даже в тяжелые для российской экономики 1990-ые годы мембранная технология оказалась востребованной. В этот период сформировались десятки предприятий малого и среднего бизнеса по выпуску мембран и мембранной техники. Сегодня на российском рынке работает более пятидесяти мембранных компаний, многие из которых были созданы и укомплектованы высококвалифицированными специалистами из организаций оборонного комплекса.