Cos'è la separazione a membrana?
La separazione delle membrane è una tecnica utilizzata nella scienza e nell'industria per separare le sostanze da una miscela filtrando quella miscela attraverso una membrana porosa. La sostanza che viene filtrata può essere un liquido o un gas. La separazione delle membrane ha molte applicazioni pratiche, tra cui la filtrazione dell'acqua e la creazione di soluzioni concentrate. I principali tipi di processi di separazione delle membrane sono l'osmosi inversa, la nanofiltrazione, l'ultrafiltrazione e la microfiltrazione.
Quando una soluzione di alimentazione o gas viene fatto passare attraverso una membrana porosa ad alta pressione, alcune sostanze di quella miscela permeano la membrana nell'area di pressione più bassa, ma altre sostanze non saranno in grado di farlo. La consistenza e la composizione chimica della membrana determinano quali materiali la attraversano. Ad esempio, una membrana con pori più grandi tenderà a far entrare particelle grandi e piccole, e una membrana con pori più piccoli escluderà le particelle più grandi. Allo stesso modo, una membrana che ha una particolare composizione chimica potrebbe essere progettata per filtrare chimicamente determinati composti.
Nell'osmosi inversa, due soluzioni sono contenute sui lati opposti della membrana: una più concentrata e l'altra più acquosa o meno concentrata. La tendenza naturale dell'acqua a diffondersi da un'area di bassa concentrazione a un'area di alta concentrazione è invertita dalla pressione applicata alla soluzione altamente concentrata. Questo fa sì che l'acqua fuoriesca dalla soluzione altamente concentrata attraverso la membrana, rendendo tale soluzione ancora più concentrata dalla rimozione dell'acqua. Attraverso questo processo è possibile produrre latte evaporato e altri prodotti condensati.
La nanofiltrazione viene in genere utilizzata nella lavorazione dell'acqua per rimuovere il sapore salato o il contenuto minerale indesiderato. Questo metodo rimuove i sali, come sodio e potassio, dal liquido. Le membrane utilizzate nella nanofiltrazione hanno dimensioni dei pori leggermente maggiori rispetto a quelle utilizzate nell'osmosi inversa.
L'ultrafiltrazione e la microfiltrazione vengono utilizzate per separare le particelle più grandi mentre lasciano particelle più piccole attraverso la membrana. Virus, batteri e sostanza solida sospesa sono esclusi da queste membrane a pori maggiori. Spesso, l'ultrafiltrazione o la microfiltrazione saranno utilizzate in combinazione con un metodo di filtrazione più fine come parte di un processo industriale globale.
Molte industrie usano la separazione delle membrane come parte delle loro operazioni di routine. Ad esempio, la rimozione di sali e minerali dannosi che potrebbero creare incrostazioni o corrosione nell'acqua di fonte è importante nel funzionamento delle caldaie. La separazione delle membrane può anche essere utilizzata per il recupero di composti chimici da un flusso di rifiuti. La dissalazione è un altro metodo in cui la separazione delle membrane è ampiamente utilizzata per produrre acqua potabile di alta qualità.