Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
IV.3.2.4- Характеристики селективности ультра фильтрационных мембран
Многие производители мембран пользуются понятием «отсечения» для характеристики ультрафильтрационных мембран. Отсечение определяется как молекулярная масса растворенного или диспергированного вещества, 90% которого не пропускается мембраной. Значения отсечения мембраны часто используют как абсолютную и количественную характеристику (когда говорят «эт*а мембрана имеет отсечение 40 ООО», имеют в виду, что все растворенные вещества, имеющие молекулярную массу свыше 40 ООО будут пропущены мембраной не более чем на 10%). На рис. IV-23 схематически сопоставлены мембраны с «резким и диффузным отсечением». Однако единственный параметр, такой, как молекулярная масса отсекаемого растворенного вещества, не позволяет охарактеризовать все разделительные характеристики мембраны. Следует учитывать и другие параметры — форму и гибкость макромолекул в растворе, их взаимодействие с материалом мембраны и, наконец, что исключительно важно, явления концентрационной поляризации. Разделительные характеристики мембраны исключительно чувствительны к концентрационной поляризации и к отложению осадков на поверхности мембраны. Кроме того, сами значения отсечений часто зависят от условий экспериментов, в которых они определяются: давления, скорости потока через мембрану, геометрии ячейки, типа и концентрации растворенного вещества. Следовательно, наряду с молекулярной массой все эти факторы также должны как-то учитываться.
Так, например, если отсечение мембраны определяют по трем раз-
Рис. IV-23. Характеристики задержания для мембраны с резким (1) и диффузным (2) отсечением.
Рис. IV-24. Молекулярно-массовое распределение декстрана в сырье (1) и пермеате (2).
личным полимерам с одной и той же молекулярной массой, а именно глобулярному белку (альбумину), разветвленному полисахариду (декстрану) и линейному гибкоцепочечному полимеру (полиэтилен-гликолю), будет получено три совершенно разных значения отсечения. Так, если раствор содержит два полимера с большим различием молекуярных масс, например 7-глобулин с М — 150 ООО и альбумин с М = 69 000, отсечение более низкомолекулярного полимера оказывается зависимым от присутствия высокомолекулярного компонента из-за проявления эффектов, связанных с пограничными слоями (адсорбция на поверхности). Высокомолекулярный компонент будет полностью задерживаться, а образующийся при этом слой полимера будет значительно влиять на скорость переноса низкомолекулярного компонента. Не исключено также, что высокомолекулярный компонент просто забьет поры. То есть будет иметь место значительное взаимное влияние разделяемых полимеров.
Чтобы выразить реальные или характеристические свойства мембран, необходима величина, которая бы учитывала все эти явления. В некоторых случаях удобной характеристикой может служить модифицированная величина отсечения, полученная для данных экспериментальных условий. Дальнейший прогресс такого подхода предусматривает использование стандартных тест-объектов, прежде всего декстрана, имеющего широкое молекулярно-массовое рапределение и слабую тенденцию к адсорбции. С использованием гель-проникающей хроматографии (ГПХ) или высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) можно определить молекулярно-массовое распределение сырья и пермеата. Эти распределения для примера показаны на рис. IV-24.
Более удобна другая величина *— фракционная селективность (или фракционное задержание) мембраны Яд/,:
ЯМ| = 1 - СМ,(пе-рме--т)- (IV-10)
сМ»(сырье)
которая показывает, что каждая полимерная цепь, имеющая определенную молекулярную массу, будет отсекаться мембраной в определенной степени. Эту величину можно определить из кривых молекулярно-массового распределения сырья и пермеата (рис. IV-24). В этом уравнении фигурирует концентрационный член см|? однако иногда удобнее использовать массовую долю •
D ^А/»(сырье) “' ^А/»(пермеат) (1 ^overal)
KMi — ----------------------------------------
.(сырье)
где Я0уега1 определяется как
Several = 1 - SL (IV-12)
с/
где индекс р — означает пермеат, а индекс / — сырье. Хотя массовая доля каждой узкой молекулярно-массовой фракции в сырье и в пермеате может быть определена непосредственно из кривых ВЭЖХ (см. рис. IV-23), эти характеристики могут резко изменяться из-за отложения осадков и концентрационной поляризации, т. е. значение Дм|? определенное по уравнению IV-10, является объективной (или наблюдаемой) величиной. Из-за упоминавшихся выше явлений концентрация у поверхности мембраны может быть гораздо выше. При определении истинного задержания должна учитываться именно эта концентрация. Таким образом, уравнение IV-10 преобразуется к виду
rm. = г- Сд/,(пермеат) (iv-13)
СМ, (мембрана)
