Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Мембранна дистиляція (англ. membrane distillation) — процес дистиляції, коли рідка і парова фази розділені гідрофобною пористою мембраною, пори якої не змочуються рідкою фазою.
Процес
При цьому процесі по обидва боки мембрани підтримується різна температура (або концентрація). Якщо обидві рідкі фази є водою з однаковою температурою, то система перебуває в динамічній рівновазі і транспорту крізь пори немає. Якщо ж температуру однієї з фаз підвищити, то на мембрані виникне градієнт температури, який призведе до різного тиску пари по обидва боки мембрани. В результаті пароподібні молекули переноситимуться крізь пори на той бік. де менший тиск пари. Транспорт, що виникає, має три стадії: 1) випаровування на боці з вищою температурою; 2) перенесення пароподібних молекул крізь пори пористої гідрофобної мембрани; 3) конденсація на боці мембрани з нижчою температурою. Мембранна дистиляція — єдиний мембранний процес, в якому мембрана не бере безпосередньої участі в акті розділення, її функція зводиться до ролі бар'єра між двома фазами. Селективність процесу цілком визначається рівновагою рідина — пара, яка при цьому встановилася. Отже, компонент із найвищим парціальним тиском має найбільшу швидкість транспорту. Так, у разі сольових розчинів, наприклад хлориду натрію у воді, виникає лише тиск пари води, оскільки тиском пари солі можна знехтувати, і тільки вода проникатиме крізь мембрану, причому з дуже високою селективністю.
Умови для виконання МД
- мембрана має бути пористою
- мембрана не повинна змочуватися робочим середовищем (зазвичай водним розчином)
- всередині пор мембрани не повинно бути капілярної конденсації
- крізь пори мембрани має переноситися тільки пара
- мембрана не повинна змінювати рівновагу пара-рідина в процесі розділення компонентів розчину
- щонайменше один бік мембрани має контактувати з робочою речовиною
- для кожного компонента розчину рушійною силою масопереносу є градієнт парціального тиску в паровій фазі
Переваги МД у порівнянні з іншими мембранними методами
- 100% виділення неорганічних йонів, макромолекул і інших нелетких речовин
- Відносно низькі робочі температури
- Відсутність надлишкових робочих тисків
- Нечутлива до концентрацій вихідного розчину, що підходить для дистиляції морської води
- Менші вимоги до механічних властивостей мембран
Недоліки МД
- Низька продуктивність процесу
- Неможливість розділення сумішей із леткими компонентами
- Неможливість розділення сумішей з вмістом поверхнево-активних речовин
Вимоги до мембран
Комерційні мембрани були істотно поліпшені відколи процес мембранної дистиляції набув розвитку і зараз застосовуються в великій кількості досліджень установок. Характеристиками, необхідними для хорошої МД мембрани, є: висока хімічна стійкість, хороша термічна стабільність, високий змочувальний тиск, низька теплопровідність, висока пористість, висока гідрофобність та вузький розподіл розміру пор. Перша МД мембрана у 1967 році мала товщину 3.2 мм, розмір пор 9 мкм і 42% пористості. Сучасні комерційні мембрани мають маленьку товщину, розмір пор від 0.2 мкм і пористість 70-80%. Для мембранної дистиляції необхідно застосовувати в першу чергу гідрофобні мембрани. Мембрани виготовляють із PP (Поліпропілену), PTFE (Політетрафтороетилену) і PVDF(Полівініліденфторид). Також застосовуються неорганічні (керамічні) мембрани (цирконієві, титанові, алюмінієві), але вони дуже дорогі. Перспективною галуззю є також застосування композитних мембран (алюміній-силікатних, глиняних з перфлуородецитриетоксисиланом, алюмінію з флуоросилановими функціональними групами), які б змогли поєднати характеристики двох матеріалів. У 1991 році відкрили Вуглецеві нанотрубки, які також можуть функціонувати як мембрана. PP, PTFE і PVDF є найбільш у вжитку завдяки їхньому низькому поверхневому натягу.
Практичне застосування
Україна майже втратила чисті поверхневі води. У водойми потрапляли неочищені стічні води, забруднення води за основними показниками сягають вище екологічно допустимих меж. Мембранна дистиляція є сучасним методом, який можна застосувати у очищенні стічних вод та знесоленні промислових, шахтних та морських вод, що у майбутньому дозволить вирішити проблему нестачі води, оскільки МД має переваги над іншими процесами очистки. Для очищення морської води наявними методами витрачається дуже велика кількість енергії, а з використанням МД у поєднанні із дешевою енергією (використане тепло, сонячна енергія чи енергія вітру) дозволить набагато здешевити цей процес. З 2003 року Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE у Фрайбурзі почав розробляти методи мембранної дистиляції із використанням сонячної енергії. МД можна застосовувати також у харчовій промисловості для концентрування спиртової зернової барди, молочної сироватки, соків. МД була вивчена для застосування очистки використаної води в фармацевтичній промисловості та текстильній промисловості. Були вивчені методи видалення важких металів із розчинів за допомогою МД і сульфатної кислоти. Процес досі не поширений у промислових масштабах і потребує вивчення. Використовуючи різні матеріали мембрани, можливо збільшувати потік, змешувати забруднення і змочування мембрани. Використовуючи різні мембранні модулі, можливо знижувати поляризацію концентрації та тепла. Використовуючи різного типу системи МД, можливо досягнути зниження затрат енергії, підвищення продуктивності та контролю забруднення, а також регулювати змочування.
Акутальність
Зацікавленість до досліджень МД зросла у 2003 у зв'язку з тим, що виникли ідеї зменшити використання енергії для комерційнного застосування МД [32]. Незавжаючи на це є багато можливостей для дослідження наявних модулів та створення високого потоку. В даний час PTFE мембрани домінують у комерційних мембранних модулях через їх доступність, високу проникність і відносно дешеву ціну. Проте, є ряд підходів для покращення МД мембрани, які активно досліджуються. Необхідно застосувати виробництво невеликих мембран з меншим розміром пор і з тоншим активним мембранним шаром з гідрофільних матеріалів. Керамічні мембрани мають характеристики, яких не вистачає полімерним мембранам, а саме механічна міцність, хімічна стійкість, а також їх висока термостійкість. Тим не менш, у даний час керамічні мембрани переважно гідрофільні і мають більш низькі потоки в порівнянні з полімерними мембранами, тому необхідні подальші дослідження, щоб визначити оптимальні покриття, які не ставлять під загрозу відхилення потоку, в той же час пропонуючи поліпшення відносно стійких полімерів таких як PTFE і PVDF, що широко використовуються в МД.
Використання МД для знесолення морської води
Людство уже стикається з проблемою нестачі води. За допомогою МД можна очистити морську воду, але її треба зробити економічно вигідним процесом. На даний момент знесолення морської води дуже дорогий і тривалий процес
В Україні мембранною дистиляцією займаються в Національному університеті "Києво-Могилянська академія", Національному університеті харчових технологій та Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського».
Див. також
Джерела
- М. Т. Брик, Енциклопедія мембран у двох томах, Видавничий дім «Києво-Могилянська академія», Київ 2005
- Camacho, L., Dumée, L., Zhang, J., Li, J., Duke, M., Gomez, J., Gray, S. (2013). Advances in membrane distillation for water desalination and purification applications // Water (Switzerland), 5(1), 94-196. DOI: 10.3390/w5010094
Посилання
- ВИПАРОВУВАННЯ КРІЗЬ МЕМБРАНУ [ 10 березня 2016 у Wayback Machine.] //Фармацевтична енциклопедія
| Цю статтю треба для відповідності Вікіпедії. (липень 2015) |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Membranna distilyaciya angl membrane distillation proces distilyaciyi koli ridka i parova fazi rozdileni gidrofobnoyu poristoyu membranoyu pori yakoyi ne zmochuyutsya ridkoyu fazoyu ProcesPri comu procesi po obidva boki membrani pidtrimuyetsya rizna temperatura abo koncentraciya Yaksho obidvi ridki fazi ye vodoyu z odnakovoyu temperaturoyu to sistema perebuvaye v dinamichnij rivnovazi i transportu kriz pori nemaye Yaksho zh temperaturu odniyeyi z faz pidvishiti to na membrani vinikne gradiyent temperaturi yakij prizvede do riznogo tisku pari po obidva boki membrani V rezultati paropodibni molekuli perenositimutsya kriz pori na toj bik de menshij tisk pari Transport sho vinikaye maye tri stadiyi 1 viparovuvannya na boci z vishoyu temperaturoyu 2 perenesennya paropodibnih molekul kriz pori poristoyi gidrofobnoyi membrani 3 kondensaciya na boci membrani z nizhchoyu temperaturoyu Membranna distilyaciya yedinij membrannij proces v yakomu membrana ne bere bezposerednoyi uchasti v akti rozdilennya yiyi funkciya zvoditsya do roli bar yera mizh dvoma fazami Selektivnist procesu cilkom viznachayetsya rivnovagoyu ridina para yaka pri comu vstanovilasya Otzhe komponent iz najvishim parcialnim tiskom maye najbilshu shvidkist transportu Tak u razi solovih rozchiniv napriklad hloridu natriyu u vodi vinikaye lishe tisk pari vodi oskilki tiskom pari soli mozhna znehtuvati i tilki voda pronikatime kriz membranu prichomu z duzhe visokoyu selektivnistyu Umovi dlya vikonannya MDmembrana maye buti poristoyu membrana ne povinna zmochuvatisya robochim seredovishem zazvichaj vodnim rozchinom vseredini por membrani ne povinno buti kapilyarnoyi kondensaciyi kriz pori membrani maye perenositisya tilki para membrana ne povinna zminyuvati rivnovagu para ridina v procesi rozdilennya komponentiv rozchinu shonajmenshe odin bik membrani maye kontaktuvati z robochoyu rechovinoyu dlya kozhnogo komponenta rozchinu rushijnoyu siloyu masoperenosu ye gradiyent parcialnogo tisku v parovij faziPerevagi MD u porivnyanni z inshimi membrannimi metodami100 vidilennya neorganichnih joniv makromolekul i inshih neletkih rechovin Vidnosno nizki robochi temperaturi Vidsutnist nadlishkovih robochih tiskiv Nechutliva do koncentracij vihidnogo rozchinu sho pidhodit dlya distilyaciyi morskoyi vodi Menshi vimogi do mehanichnih vlastivostej membranNedoliki MDNizka produktivnist procesu Nemozhlivist rozdilennya sumishej iz letkimi komponentami Nemozhlivist rozdilennya sumishej z vmistom poverhnevo aktivnih rechovinVimogi do membranKomercijni membrani buli istotno polipsheni vidkoli proces membrannoyi distilyaciyi nabuv rozvitku i zaraz zastosovuyutsya v velikij kilkosti doslidzhen ustanovok Harakteristikami neobhidnimi dlya horoshoyi MD membrani ye visoka himichna stijkist horosha termichna stabilnist visokij zmochuvalnij tisk nizka teploprovidnist visoka poristist visoka gidrofobnist ta vuzkij rozpodil rozmiru por Persha MD membrana u 1967 roci mala tovshinu 3 2 mm rozmir por 9 mkm i 42 poristosti Suchasni komercijni membrani mayut malenku tovshinu rozmir por vid 0 2 mkm i poristist 70 80 Dlya membrannoyi distilyaciyi neobhidno zastosovuvati v pershu chergu gidrofobni membrani Membrani vigotovlyayut iz PP Polipropilenu PTFE Politetraftoroetilenu i PVDF Polivinilidenftorid Takozh zastosovuyutsya neorganichni keramichni membrani cirkoniyevi titanovi alyuminiyevi ale voni duzhe dorogi Perspektivnoyu galuzzyu ye takozh zastosuvannya kompozitnih membran alyuminij silikatnih glinyanih z perfluorodecitrietoksisilanom alyuminiyu z fluorosilanovimi funkcionalnimi grupami yaki b zmogli poyednati harakteristiki dvoh materialiv U 1991 roci vidkrili Vuglecevi nanotrubki yaki takozh mozhut funkcionuvati yak membrana PP PTFE i PVDF ye najbilsh u vzhitku zavdyaki yihnomu nizkomu poverhnevomu natyagu Praktichne zastosuvannyaUkrayina majzhe vtratila chisti poverhnevi vodi U vodojmi potraplyali neochisheni stichni vodi zabrudnennya vodi za osnovnimi pokaznikami syagayut vishe ekologichno dopustimih mezh Membranna distilyaciya ye suchasnim metodom yakij mozhna zastosuvati u ochishenni stichnih vod ta znesolenni promislovih shahtnih ta morskih vod sho u majbutnomu dozvolit virishiti problemu nestachi vodi oskilki MD maye perevagi nad inshimi procesami ochistki Dlya ochishennya morskoyi vodi nayavnimi metodami vitrachayetsya duzhe velika kilkist energiyi a z vikoristannyam MD u poyednanni iz deshevoyu energiyeyu vikoristane teplo sonyachna energiya chi energiya vitru dozvolit nabagato zdesheviti cej proces Z 2003 roku Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE u Frajburzi pochav rozroblyati metodi membrannoyi distilyaciyi iz vikoristannyam sonyachnoyi energiyi MD mozhna zastosovuvati takozh u harchovij promislovosti dlya koncentruvannya spirtovoyi zernovoyi bardi molochnoyi sirovatki sokiv MD bula vivchena dlya zastosuvannya ochistki vikoristanoyi vodi v farmacevtichnij promislovosti ta tekstilnij promislovosti Buli vivcheni metodi vidalennya vazhkih metaliv iz rozchiniv za dopomogoyu MD i sulfatnoyi kisloti Proces dosi ne poshirenij u promislovih masshtabah i potrebuye vivchennya Vikoristovuyuchi rizni materiali membrani mozhlivo zbilshuvati potik zmeshuvati zabrudnennya i zmochuvannya membrani Vikoristovuyuchi rizni membranni moduli mozhlivo znizhuvati polyarizaciyu koncentraciyi ta tepla Vikoristovuyuchi riznogo tipu sistemi MD mozhlivo dosyagnuti znizhennya zatrat energiyi pidvishennya produktivnosti ta kontrolyu zabrudnennya a takozh regulyuvati zmochuvannya AkutalnistZacikavlenist do doslidzhen MD zrosla u 2003 u zv yazku z tim sho vinikli ideyi zmenshiti vikoristannya energiyi dlya komercijnnogo zastosuvannya MD 32 Nezavzhayuchi na ce ye bagato mozhlivostej dlya doslidzhennya nayavnih moduliv ta stvorennya visokogo potoku V danij chas PTFE membrani dominuyut u komercijnih membrannih modulyah cherez yih dostupnist visoku proniknist i vidnosno deshevu cinu Prote ye ryad pidhodiv dlya pokrashennya MD membrani yaki aktivno doslidzhuyutsya Neobhidno zastosuvati virobnictvo nevelikih membran z menshim rozmirom por i z tonshim aktivnim membrannim sharom z gidrofilnih materialiv Keramichni membrani mayut harakteristiki yakih ne vistachaye polimernim membranam a same mehanichna micnist himichna stijkist a takozh yih visoka termostijkist Tim ne mensh u danij chas keramichni membrani perevazhno gidrofilni i mayut bilsh nizki potoki v porivnyanni z polimernimi membranami tomu neobhidni podalshi doslidzhennya shob viznachiti optimalni pokrittya yaki ne stavlyat pid zagrozu vidhilennya potoku v toj zhe chas proponuyuchi polipshennya vidnosno stijkih polimeriv takih yak PTFE i PVDF sho shiroko vikoristovuyutsya v MD Vikoristannya MD dlya znesolennya morskoyi vodiLyudstvo uzhe stikayetsya z problemoyu nestachi vodi Za dopomogoyu MD mozhna ochistiti morsku vodu ale yiyi treba zrobiti ekonomichno vigidnim procesom Na danij moment znesolennya morskoyi vodi duzhe dorogij i trivalij proces V Ukrayini membrannoyu distilyaciyeyu zajmayutsya v Nacionalnomu universiteti Kiyevo Mogilyanska akademiya Nacionalnomu universiteti harchovih tehnologij ta Nacionalnomu tehnichnomu universiteti Ukrayini Kiyivskij politehnichnij institut imeni Igorya Sikorskogo Div takozhKoncentracijna polyarizaciya Brik Mihajlo TeodorovichDzherelaM T Brik Enciklopediya membran u dvoh tomah Vidavnichij dim Kiyevo Mogilyanska akademiya Kiyiv 2005 Camacho L Dumee L Zhang J Li J Duke M Gomez J Gray S 2013 Advances in membrane distillation for water desalination and purification applications Water Switzerland 5 1 94 196 DOI 10 3390 w5010094PosilannyaVIPAROVUVANNYa KRIZ MEMBRANU 10 bereznya 2016 u Wayback Machine Farmacevtichna enciklopediya Cyu stattyu treba vikifikuvati dlya vidpovidnosti standartam yakosti Vikipediyi Bud laska dopomozhit dodavannyam dorechnih vnutrishnih posilan abo vdoskonalennyam rozmitki statti lipen 2015