Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
Для этого метода может быть применен широкий круг материалов, таких, как порошки полимеров (полиэтилен, политетрафторэтилен, полипропилен), металлы (нержавеющая сталь, вольфрам), керамики (оксиды алюминия и циркония), графит (углерод) и стекла
Пора
(силикаты). Размер пор в получаемой мембране зависит от размера частиц и от распределения частиц по размерам в порошке. Чем уже распределение частиц по размерам, тем уже распределение пор по размерам в получаемой мембране. Метод позволяет получать поры размером от 0,1 до 10 мкм, причем нижний предел определяется минимальным размером используемых частиц.
Спекание — это очень распространенный метод приготовления мембран из политетрафторэтилена — химически и термически весьма устойчивого и нерастворимого полимера. Фактически все упоминаемые здесь основные материалы для процесса спекания имеют общую особенность — высокую химическую, термическую и механическую устойчивость, особенно это относится к неорганическим материалам.
Однако с помощью спекания могут быть получены только микрофил ьтрационные мембраны. Пористость пористых полимерных мембран обычно низка, в области от 10 до 20% или немного выше, тогда как у пористых металлических фильтров она может достигать 80%.
— Вытяжка
По этому методу экструдированная пленка (или фольга), сделанная из частично-кристаллического полимерного материала (политетрафторэтилена, полипропилена, полиэтилена), вытягивается по направлению, перпендикулярному направлению экструзии. В процессе экструзии кристаллические области оказываются ориентированными параллельно направлению экструзии. При приложении механического напряжения образуются маленькие трещины и получается пористая структура с размером пор от 0,1 мкм до 3 мкм. Для этой методики могут быть использованы только частично-кристаллические полимерные материалы. Пористость этих мембран выше, чем мембран, полученных с помощью спекания, и достигает 90%.
— Травление треков для получения ядерных фильтров*
Простейшая геометрия пор в мембране — это ансамбль параллельных циллиндрических пор одинакого размера. Такая структура может быть получена с помощью травления.
По этому методу пленка (часто поликарбонатная) или фольга подвергается воздействию облучением потоком высокоэнергетических частиц, направленным перпендикулярно пленке. Частицы повреждают полимерную матрицу и образуют треки. Пленка затем погружается в ванну с кислотой (или щелочью), и полимерная матрица подвергается травлению по этим трекам, что приводит к образованию цилиндрических пор с узким распределением по размерам. Размер
* Трековые мембраны, ранее чаще называвшиеся ядерными фильтрами, получили широкое использование в нашей стране. Дополнительная информация о методах получения, морфологии и разнообразных применениях этого типа мембран можно найти в работах [1*-3*]. — Прим. ред.
____Источник излучения
I
?>“
Мембрана с
капиллярными
порами
ВВОСШОСЭЕШСЗО
Полимерная
пленка
Ванна для травления
Рис. III-3. Схема приготовления пористых мембран с помощью травления треков.
пор находится в области от 0,02 до 10 мкм, но поверхностная пористость низка (не выше 10%). Выбор материала зависит в основном от толщины получаемой пленки и от энергии используемых частиц (обычно около 1 МэВ). Максимальный пробег частиц с этой энергией порядка 20 мкм. Если энергия частиц возрастает, толщина пленки может быть также увеличена и даже могут быть использованы неорганические материалы (например, слюда). Пористость в основном определяется временем облучения, в то время как диаметр пор определяется временем травления. Схема этой методики представлена на рис. III-3.
— Выщелачивание из пленки
Еще одной методикой приготовления пористых мембран является выщелачивание компонентов из пленки. С помощью этой методики могут быть приготовлены пористые стеклянные мембраны [1]. Гомогенный расплав (1000 — 1500°С) трехкомпонентной системы (например, Na20 — В20з — SiCb) охлаждается, вследствие чего система разделяется на две фазы, одна фаза содержит в основном нерастворимый SiCb, в то время как другая фаза является растворимой. Эта вторая фаза может быть подвергнута выщелачиванию кислотой или щелочью, таким образом получают широкую область диаметров пор с минимальным размером около 0,05 мкм.
— Инверсия фаз
Это очень гибкая методика, позволяющая получать все виды морфологий. Более детально она описана далее в этой главе.
— Нанесение покрытий
Плотные мембраны, в которых транспорт происходит посредством молекулярной диффузии, в основном демонстрируют низкие потоки.
-Верхний слой -Пористая подложка
Нетканый “полиэфирный материал -Дренажный канал пермеата
Рис. III-4. Схема композиционной мембраны.
Увеличение потоков через эти мембраны может быть,достигнуто максимальным уменьшением эффективной толщины мембраны. Это может быть достигнуто приготовлением композиционных мембран.
