ФИЗИЧНИ И ХИМИЧНИ ОСНОВИ НА МЕМБРАННИТЕ ПРОЦЕСИ - Студопедия
Все още не е разработен единен механизъм, който да е валиден за всички мембранни процеси; следователно всеки мембранен процес трябва да се разглежда отделно, тъй като механизмите на тези процеси могат да се различават драстично. Въпреки това, когато се изучава и анализира механизмът на всеки мембранен процес, е необходимо да се вземат предвид три основни фактора и тяхната връзка:
1) структура на мембраната по дебелина (пореста, непореста, изотропна);
2) физични и химични свойства на системата, която се разделя (за разтворите е много важно да се вземат предвид техните основни термодинамични свойства);
3) взаимодействие на сместа, която се разделя с мембранния материал.
Ако поне един от тези фактори не се вземе предвид, това
може да доведе до фундаментална грешка при анализа и разработването на модел на механизма на определен мембранен процес.
Силите на взаимодействие на веществата, които трябва да се разделят с полимерни мембрани, могат да варират в широк диапазон. Слабо взаимодействие се наблюдава например при преминаване на газ през мембрана, което се определя главно от дифузия. Това обяснява малките разлики в скоростите на проникване на различни газове през полимерни мембрани от един и същи тип. Скоростта на проникване през полимери с различни свойства може да се различава с пет порядъка. Такава голяма разлика се дължи на разликите в мобилността и гъвкавостта на полимерните вериги, които от своя страна са свързани с полярността и размера на молекулите.
Трансферът на отделените вещества през мембраната е силно повлиян от структурните свойства на разтворителите (например вода) и тяхното взаимодействие с мембраната. Водата съдържа молекулни групи с водородни връзки от около сто молекули всяка. Стабилността на такива молекулни групи зависи не само отвърху температурата, но също и върху естеството на веществата, разтворени в нея, и върху физикохимичните свойства на мембраната.
Хидрофобните мембрани са склонни да отблъскват водните молекули; групи със средна полярност (COOH, NH2, OH, CHO) могат да противодействат на склонността на водните молекули да се свързват, което води до разрушаване на групи от молекули и увеличава потока на вода през мембраната. В хидрофилните мембрани (например от целулозни ацетати) значителна част от водата е в свързано състояние и не замръзва, когато мембраната се охлади до -80 ° C. Подвижността на тази вода е ограничена, което обяснява особеностите на поведението на водата в солватната обвивка на полимерните молекули, които образуват порите на мембраната: капилярната вода се отстранява по-лесно от мембраната, отколкото свързаната вода. Това е много важно за обяснение на селективността на мембраната, тъй като свързаната вода не може да солватира йони на разтворени соли, докато капилярната вода може да солватира тези йони и да ги увлече през мембраната. Чрез увеличаване на хидрофилността на мембраните, като се вземе предвид специалната роля на водата като разтворител и компонентът на разтвора, проникващ през мембраната, е възможно да се увеличи селективността и пропускливостта на мембраните. Хидрофилността на полимерните мембрани може да се увеличи чрез увеличаване на броя на хидрофилните и намаляване на броя на хидрофобните групи в макромолекулите на полимера, от който се получава мембраната.
В зоната на контакт между течност и твърдо тяло действат повърхностни сили (адхезия, повърхностно напрежение, молекулярно привличане). Следователно, повърхностният (граничен) слой на течността, свързан с мембранния материал, може да се различава значително по структура и физикохимични свойства от насипната течност. За смеси от течности повърхностният слой се различава от разтвора по обем и по състав, който играе решаваща роля при разделянето на смеси от органичнивещества.
Когато структурата и съставът на разтвора в повърхностния слой се променят, стойностите на някои от неговите физикохимични свойства (например вискозитет, диелектрична константа) се отклоняват от съответните стойности за разтвора в насипно състояние. В този случай рязкото намаляване на диелектричната константа на водата показва намаляване на подвижността на водните молекули, което води до намаляване на способността за разтваряне на свързаната вода. За неполярни течности не се наблюдава забележима разлика от свойствата в граничния слой.
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката: