Membrane si procese de membrana

Membrane si procese de membrana

In cadrul proceselor de separare, pe langa procesele clasice de separare (distilarea, rectificarea, extractia, schimbul ionic, filtrarea, centrifugarea, sedimentarea), au aparut o serie de alte procese, cunoscute ca procese de membrana.

Procesele de membrana au cunoscut, incepand cu anii '70, o dezvoltare spectaculoasa, utilizandu-se la nivel industrial in domenii cum ar fi: tratarea apelor reziduale, tehnologiile medicale, industria chimica. Evolutia rapida si diversa a acestor tehnologii a fost posibila datorita punerii la punct a tehnicilor experimentale de preparare si caracterizare a membranelor.

Un sistem complex format dintr-un solvent in care se gasesc dizolvate specii chimice ionice, molecule si macromolecule si dispersate macromolecule, agregate moleculare si particule, poate fi separat in componente prin procese membranare. Datorita gamei largi de utilizari a acestora se evidentiaza cinci importante procese membranare (microfiltrarea, ultrafiltrarea, osmoza inversa, dializa si electrodializa) care acopera intregul domeniu de marimi de particule de separat, egaland in versatilitate sedimentarea in camp centrifugal. Procesele membranare permit si separarea unor specii chimice dizolvate, deci fractionarea unor sisteme omogene, asemanandu-se din acest punct de vedere cu extractia, distilarea sau schimbul ionic.

Dupa cum se observa din tabelul 1, microfiltrarea, ultrafiltrarea, nanofiltrarea si osmoza inversa au ca forta motrice diferenta de presiune, acestea numindu-se procese de baromembrana. Procesele de baromembrana ocupa primul loc in gama aplicatiilor industriale. Aceste procese sunt de obicei incadrate in categoria tehnicilor de filtrare inaintata. Astfel, osmoza inversa este similara unei deshidratari prin hiperfiltrare, ultrafiltrarea seamana cu tehnicile de concentrare, purificare si fractionare a macromoleculelor sau dispersiilor coloidale, iar microfiltrarea este consacrata in separarea suspensiilor. Practic fiecare proces membranar se poate constitui intr-o alternativa viabila pentru alte procese de separare.

Tabel nr. 1 Procesele membranare si caracteristicile lor.

II.1.Clasificarea Membranelor

Criterii:

dupa natura lor:

. membrane naturale

. membrane sintetice

dupa tipul materialului:

. membrane polimerice

. membrane anorganice (sticla, metal, ceramica)

. membrane hibride organic-anorganice

. membrane lichide

dupa structura:

. simetrice

. asimetrice

. compozite

II.2.Aplicatii ale membranelor (ultimii 30 ani)

Numeroase sectoare de activitate:

- industria chimica si petrochimica

- industria farmaceutica

- industria agro-alimentara

- tratarea efluentilor

- apa potabila

- sanatate (dializa renala)

- microelectronica

- energie

- purificarea, separarea gazelor

ingineria biologica

biotehnologie etc.

Ii.3.Avantajele Procedeelor Membranare

. consum energetic mai redus;

. tratare la temperatura ambianta (fara degradare termica)

. conditii de operare simple;

. posibilitatea operarii continue;

. posibilitatea de cuplare cu alte procedee clasice de separare;

. caracteristici diverse ale membranelor, adaptate scopului urmarit;

. cost de investitii si de operare redus.

Elementul important este membrana : "bariera selectiva care separa doua compartimente si permite trecerea preferentiala a unei specii in raport cu altele, sub influenta unei forte de transfer" . Puterea de separare este rezultatul diferentei in viteza de transfer a componentilor, determinata de forta de transfer si de interactiile cu membrana.

Caracteristicile de separare sunt determinate de:

♦ natura stratului polimeric;

♦ marimea porilor;

♦ viteza transportului de masa (invers proportionala cu grosimea membranei).

Caracteristicile procedeelor de separare cu membrane poroase