Мембранная технология и ее применение в промышленности

Мембранная технология намного эффективнее других технологий и требует меньших энергетических затрат для осуществления аналогичных процессов. Так, мембраны в обратном осмосе и ультрафильтрации по сравнению с другими методами (испарение, замораживание, дистилляция) позволяют проводить обезвоживание и концентрирование продукта, освобождаться от примесей, выделять необходимые вещества и очищать растворы. При этом резко сокращается потребляемая энергия.

Опреснение морской воды при помощи мембран в 10—15 раз экономичнее по сравнению с перегонкой; по крайней мере, 2440 кДж можно экономить в расчете на 1 кг воды. Обратный осмос способен удалять даже из самой соленой морской воды почти 99,9% примесей. Подобная экономичность обратного осмоса позволяет резко интенсифицировать опреснение морской воды и другие процессы.

В процессе разделения веществ мембраны играют роль своеобразного барьера. Мембранная технология универсальна. Она применяется для очистки и разделения газов, жидкостей, газов и жидкостей, граничащих с твердыми телами. При помощи мембран можно извлечь вещества из растворов, разделить их между собой, в том числе и такие, которые другими способами разделить невозможно или трудно (например, редкоземельные элементы). Мембранная технология дает возможность получить необходимые вещества из сточных вод (например, бор), выделить ПАВ, ВМС и многие другие вещества.

В технике применяют полимерные, ионообменные, ядерные, жидкие и динамические мембраны. В качестве материалов для мембран используют полимеры: полиуретан, поливиниловый спирт, поливинилкарбонат, полиамид, полиэтилен, сложные эфиры целлюлозы и др. Кроме того, мембраны могут быть изготовлены из пористого стекла.

Один из способов длительного хранения фруктов и овощей основан на применении газоселективных мембран. Такие мембраны ограничивают поступление кислорода в емкость, но пропускают диоксид углерода. Содержание кислорода в емкости снижается с 21 до 2%, а диоксида углерода — увеличивается с 0,03 до 3,5%. Под таким своеобразным наркозом фрукты могут храниться несколько месяцев. Газоселективные мембраны монтируются в полиэтиленовые мешки, крышки тары, трубы буртов и в различные емкости с продукцией.

Диализ и электродиализ применяют в промышленности для очистки различных веществ, например, при производстве искусственных волокон (отделение отмываемой щелочи от гемицеллюлозы), для очистки желатина, а так же при изготовлении лекарственных препаратов.

Ионообменные мембраны представляют собой композиции из высокодисперсного порошка и эластичного инертного наполнителя, который служит для фиксации порошка. Сама мембрана является дисперсной системой типа Т/Т. Ионит, в мембране, обеспечивает униполярную, т.е. по одному из видов иона — катиона или аниона, — проводимость мембраны. Такая мембрана обладает уникальной способностью избирательного извлечения ионов.

Динамические мембраны образуются при осаждении высокодисперсных раздробленных материалов (крахмал, желатин) на пористых перегородках, например из ацетата целлюлозы. Без высокодисперсных материалов перегородки не обладали бы свойствами мембран.

Жидкие мембраны составляют не смешивающуюся с водой органическую фазу, которая разделяет два водных раствора. Собственно органическая фаза и выполняет функцию мембраны. В качестве этой фазы могут быть полярные (нитробензол, хлороформ) и неполярные (бензол, предельные углеводороды, керосин) жидкости.

В последнее время с использованием ядерной технологии можно получить ядерные фильтры — мембраны нового поколения. Ускорение, получаемое тяжелыми ионами, масса которых превышает массу ядра гелия, может быть использовано для изготовления калиброванных сит. Своеобразные микроиглы проходят сквозь пленку облучаемого вещества (слюда, стекло, полимер) и образуют каналы. Размеры их могут быть от 0,1 до 5 нм в зависимости от толщины пленки. Полученные таким образом мембраны называют ядерными фильтрами. При помощи ядерных фильтров можно получать сверхчистые вещества.

С помощью биологических мембран можно установить причины возникновения некоторых сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний и разработать методы их лечения, а так же совершенствовать технологию создания искусственных органов в трансплантологии, иммунологии, эмбриологии и др.; биологические мембраны способствуют развитию таких направлений как биоэнергетика и использование солнечной энергии.

Мембранный катализ основан на избирательном переносе через мембрану как катализатор вещества, участвующего в реакции. Он позволяет перейти к непрерывным и малостадийным процессам при производстве химических реактивов, душистых веществ, лекарственных препаратов и других продуктов высокой чистоты; при этом устраняются потери ценных материалов, уменьшается число технологических операций и количество отходов.

Ультрафильтрация позволяет удалить избыток воды из фруктовых соков, сиропов и экстрактов; выход фруктовых соков из исходного продукта увеличивается до 95—99%. В молочной промышленности ультрафильтрация дает возможность получать молочные концентраты и очищать их от примесей, ускорять процесс выделки сыров и улучшать их вкусовые качества. Ультрафильтрация широко применяется для получения творога, кисломолочных продуктов, молочных каш детского питания и других подобных продуктов. B пивоваренной промышленности при помощи ультрафильтрации извлекают из пива бактерии и ВМС.

В процессе приготовления виноградных вин при использовании обратного осмоса через мембрану проходят вода и этиловый спирт, а ионы калия и винная кислота остаются в концентрате, из которого выпадает осадок примеси — винного камня. После удаления винного камня смешивают фильтрат и концентрат, что повышает стабильность продукта и увеличивает срок его хранения. В результате применения обратного осмоса происходит концентрирование яичного белка без денатурирования в нем протеинов, т.е. при сохранении необходимых качеств продукта с содержанием протеинов до 30%. Мембраны в пищевой промышленности используют для стабилизации соков биологических сред, выделения белка, очистки воды.

Мембранная технология — одно из ведущих направлений научно-технического прогресса.

Дата добавления: 2014-10-15