Обратный осмос и нанофильтрация. 31.3. Мембраны для обратного осмоса

                                  Обратный осмос и нанофильтрация. 

31.3. Мембраны для обратного осмоса

    Широко известным материалом мембран для обратного осмоса являются эфиры целлюлозы, в частности диацетат целлюлозы и триацетат целлюлозы. 
    Сложные эфиры целлюлозы подвержены разложению (деструкции) под действием высокой температуры, а также от химического или биологического воздействия. Оптимальный диапазон значений pH для работы ацетатных мембран составляет 4–6,5. При высоких значениях pH (в щелочных условиях) происходит гидролиз мембран. Кроме того, биологические отложения на ацетатных мембранах оказывают разрушающее действие. 
     Вследствие этого ацетатные мембраны в настоящее время имеют ограниченное применение и вытеснены другими полимерами, более стойкими в водной среде. 
    Ароматические полиамиды имеют преимущества в качестве мембранных материалов из-за высокой механической, химической, термической и гидролитической устойчивости, а также их свойств по проницаемости и селективности.
     Различают два основных типа мембран: асимметричные мембраны и композитные мембраны. В основе процессов получения современных полимерных мембран, используемых в водоподготовке, лежат процессы, называемые инверсией фаз и нанесением покрытий. 
    Инверсия фаз (фазовое разделение) – это процесс, посредством которого полимер переводится из раствора в твердое состояние. 
    Большинство мембран, используемых в очистке воды, получают с помощью фазовой инверсии, методом осаждения, путем погружения. 
    Метод приготовления плоских мембран состоит в следующем: подложка, представляющая собой УФ- или МФ- мембрану, погружается в водный раствор, содержащий активные мономеры, как правило, аминного типа. Раствор полимера выливается на слой поддерживающей подложки. Толщина слоя контролируется поливочным ножом (фильерой). Вязкость раствора зависит от молекулярной массы полимера, его концентрации, вида применяемого растворителя или смеси растворителей, также наличия специальных добавок. Толщина отлитого слоя может меняться от 50 до 500 мкм. 
    Плотные асимметричные мембраны не позволяют добиться высоких значений производительности. Толщина мембраны (20–2000 мкм) оказывает существенное гидравлическое сопротивление. Более того, при увеличении величины рабочего давления асимметричные мембраны сжимаются, что приводит к снижению производительности. 
     Увеличение производительности таких мембран может быть достигнуто с помощью уменьшения эффективности толщины мембраны. Однако тонкая эффективная пленка (толщиной 0,1–1 мкм) не обладает механической прочностью. Поэтому разработаны «композитные» мембраны, представляющие собой тонкую селективную пленку (селективный слой), нанесенную на пористую подложку обычно из того же материала. Эти мембраны приготовлены с помощью метода инверсии фаз. 
    Для нанесения ультратонкого слоя используется метод межфазной полимеризации (поликонденсации). 
    Межфазная полимеризация – один из методов нанесения ультратонкого слоя на пористую подложку. Раствор полимера (полимер и растворитель) отливается на поддерживающий слой и погружается в коагуляционную ванну, содержащую нерастворитель. При этом возникает реакция полимеризации при участии двух несмешивающихся растворителей. Осаждение происходит благодаря обмену растворителя и нерастворителя. Подложка, представляющая собой ультрафильтрационную или микрофильтрационную мембрану, погружается в водный раствор, содержащий активный мономер, как правило, аминного типа.

     Подложка затем погружается во вторичную ванну, содержащую не смешивающийся с водой растворитель, в котором растворен другой активный мономер, часто хлорангидрид. Эти два активных мономера (амин и хлорангидрид) реагируют с образованием плотного полимерного слоя. Для полноты проведения реакции и сшивания водорастворимых мономеров применяется обработка нагреванием. 
    В качестве нерастворителя часто используется вода. Важное значение имеет выбор пары растворитель/нерастворитель.

31.1. Теоретические основы процесса
31.3. Мембраны для обратного осмоса
31.4. Типы мембранных аппаратов и их конструкций
31.5. Разработка технологических схем предварительно
обработки воды перед обратноосмотическими
установками
31.6. Конструирование установок обратного осмоса
31.7. Технологические расчеты мембранных систем
31.8. Современные технологические схемы мембранных
установок