Co to jest separacja membranowa?

Separacja membranowa jest techniką stosowaną w nauce i przemyśle do oddzielania substancji od mieszaniny poprzez filtrowanie tej mieszaniny przez porowatą membranę. Filtrowana substancja może być cieczą lub gazem. Separacja membranowa ma wiele praktycznych zastosowań, w tym filtrację wody i tworzenie skoncentrowanych roztworów. Główne typy procesów separacji membranowej to odwrócona osmoza, nanofiltracja, ultrafiltracja i mikrofiltracja.

Gdy roztwór zasilający lub gaz przepływa przez porowatą membranę pod wysokim ciśnieniem, niektóre substancje z tej mieszaniny przenikają przez membranę do obszaru o niższym ciśnieniu, ale inne substancje nie będą w stanie tego zrobić. Konsystencja i skład chemiczny membrany określa, które materiały przez nią przechodzą. Na przykład membrana o większych porach będzie miała tendencję do wpuszczania dużych i małych cząstek, a membrana o mniejszych porach wyklucza większe cząstki. Podobnie membrana o określonym składzie chemicznym może być zaprojektowana do chemicznego odfiltrowywania niektórych związków.

W odwróconej osmozie dwa roztwory znajdują się po przeciwnych stronach błony - jeden bardziej skoncentrowany, a drugi bardziej wodnisty lub mniej skoncentrowany. Naturalna tendencja wody do dyfuzji z obszaru o niskim stężeniu do obszaru o wysokim stężeniu jest odwracana przez ciśnienie wywierane na wysoce stężony roztwór. Powoduje to wypływ wody z wysoce stężonego roztworu przez membranę, dzięki czemu roztwór ten jest jeszcze bardziej skoncentrowany przez usunięcie wody. W tym procesie można wytworzyć odparowane mleko i inne skondensowane produkty.

Nanofiltracja jest zwykle stosowana w przetwarzaniu wody w celu usunięcia jej słonego smaku lub niepożądanej zawartości minerałów. Ta metoda usuwa z cieczy sole, takie jak sód i potas. Membrany stosowane w nanofiltracji mają nieco większy rozmiar porów niż membrany stosowane w odwróconej osmozie.

Ultrafiltracja i mikrofiltracja służą do oddzielania większych cząstek, przepuszczając mniejsze cząsteczki przez membranę. Wirusy, bakterie i zawieszone ciała stałe są wykluczone przez błony o większych porach. Często ultrafiltracja lub mikrofiltracja będą stosowane w połączeniu z dokładniejszą metodą filtracji jako część ogólnego procesu przemysłowego.

Wiele gałęzi przemysłu wykorzystuje separację membranową jako część rutynowych operacji. Na przykład usuwanie szkodliwych soli i minerałów, które mogłyby powodować tworzenie się kamienia lub korozję w wodzie źródłowej, jest ważne w pracy kotłów. Separację membranową można również zastosować do odzyskiwania związków chemicznych ze strumienia odpadów. Odsalanie to kolejna metoda, w której separacja membranowa jest szeroko stosowana do produkcji wysokiej jakości wody pitnej.