Мембранное материаловедение проф д. Х н. Ямпольский Ю. П. д Х. н. Алентьев А. Ю. Инхс ран

Мембранное материаловедение проф. д.х.н. Ямпольский Ю.П. д.х.н. Алентьев А.Ю. ИНХС РАН

1. Введение в мембранные процессы разделения. Классификация мембран и мембранных процессов.

МЕМБРАНА: ОПРЕДЕЛЕНИЕ

• Мембрана – перегородка, разделяющая различные по составу жидкие или газообразные фазы, способные под действием приложенной движущей силы к селективному переносу компонентов разделяемых фаз.

Более строгое

• Мембрана – это фаза или группа фаз, которые разделяют две различные фазы, отличающиеся физически или химически от фаз мембраны; под действием приложенного силового поля свойства мембраны позволяют ей управлять процессами массопереноса между разделяемыми фазами.

Двухфазная система, разделяемая мембраной

Главные свойства всех мембран

• Проницаемость

• Селективность

• Стабильность

ТОПОЛОГИЯ МЕМБРАН

• Плоские

• Цилиндрические: полые волокна или капилляры

• Оболочки: биологические (клеточные) мембраны, везикулы, эмульсионные мембраны

Плоские мембраны

ТОПОЛОГИЯ МЕМБРАН

• Плоские

• Цилиндрические: полые волокна или капилляры

• Оболочки: биологические (клеточные) мембраны, везикулы, эмульсионные мембраны

Полые волокна

ТОПОЛОГИЯ МЕМБРАН

• Плоские

• Цилиндрические: полые волокна или капилляры

• Оболочки: биологические (клеточные) мембраны, везикулы, эмульсионные мембраны

ОБОЛОЧКИ

Эмульсионные мембраны

ТИПЫ МЕМБРАН

• Биологические:

• Клеточные – транспорт ионов, выведение продуктов метаболизма,

• подача кислорода, передача сигналов и т.д.

• Макроскопические мембраны – почка (диализ), легкое (пертракция).

• Синтетические (технологические)

СИНТЕТИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ

• Полимерные

• Неорганические:

• Керамические

• Углеродные

• Цеолитные

• Стеклянные

• Металлические

Механизм транспорта в пористых и непористых мембранах

Полимерная мембрана - предшественник

Углеродная мембрана

Размеры окон цеолитов

Получение композиционных цеолитных мембран

Микрофотография цеолитной мембраны

Агрегатное состояние мембран

• Твердые:

• полимерные, неорганические.

• Жидкие:

• импрегнированные жидкие,

• эмульсионные, истинно жидкие.

Схема двух типов жидких мембран

Механизм транспорта

• Пассивный

• Активный

Принцип активного транспорта

Активный транспорт с подвижными и фиксированными носителями

Механизмы транспорта с носителем

Различные морфологии мембран

Мембранные процессы

Обратный осмос, ультрафильтрация, микрофильтрация, диализ

Баромембранные процессы

Размеры разделяемых молекул

Микрофильтрация

Ультрафильтрация

Композиционная ультрафильтрационная мембрана

Обратный осмос

Диализ

Получение трековых мембран

Микрофотография трековой мембраны

Газо-и пароразделение

Газоразделение

Первапорация, мембранная дистилляция

Первапорация

Мембранная дистилляция

Мембранная дистилляция

Пертракция

Пертракция

Электродиализ

Электродиализ

Получение хлора и щелочи

Принцип мембранного разделения

Плоскорамный модуль

Потоки в плоскорамном модуле

Спиральный модуль

Половолоконный модуль

Преимущества мембранных процессов

• Низкие энергозатраты

• Непрерывность процесса разделения

• Легкость масштабирования

• Мягкие условия разделения

• Простота сочетания с другими процессами

• Свойства мембран можно регулировать!