Wykład 2. Wprowadzenie do metod membranowych (część 2)

Transkrypt

1 Wykład 2 Wprowadzenie do metod membranowych (część 2)

2 Mechanizmy filtracji membranowej Model kapilarny Model dyfuzyjny

3 Model dyfuzyjny Rozpuszczalność i szybkość dyfuzji Selektywność J k D( c c ) / l n 2 1 J n molowy strumień związku dyfundującego[mol m -2 s -1 ] l D c 1 grubość membrany współczynnik dyfuzji związku penetranta w membranie stężenie składnika w nadawie c 2 stężenie składnika w permeacie

4 Transport w membranie N P N P P N Transport Transport Transport Bierny Ułatwiony Aktywny I i II generacja III generacja Pierwsze próby lab

5 Charakterystyka pracy membrany 1) strumień permeatu (wydajność) J V [m 3 s -1 m 2 ], J N [mol s -1 m 2 ], Y = (Q P /Q Z ) 100% Q P - natężenie przepływu permeatu, dm 3 /min, Q Z [dm 3 /min] natężenie przepływu roztworu zasilającego (suma natężenia przepływu filtratu i koncentratu), Y [%] stopień konwersji. 2) efektywność R = (C N C p ) / C N 3) Graniczna masa molowa GMM (cut off) masa molowa modelowych związków (poliglikole etylenowe, białka globularne) zatrzymywanych przez membranę w 90%

6 Metody wytwarzania membran Metoda spiekania (pory 1 m, duży rozrzut) Prasowanie proszku materiału w temperaturze bliskiej temp. topnienia Membrana ceramiczna Zdjęcie z SEM skala 1 m

7 Metody wytwarzania membran Metoda rozciągu (pory 0.02 m) Stosowana dla polimerów trudnorozpuszczalnych semikrystalicznych Membrana polimerowa otrzymana metodą rozciągu dwuosiowego, zdjęcie z SEM

8 Metody wytwarzania membran Metoda radiacyjna (0.03 m pory 12 m) Degradacja łańcuchów polimerowych za pomocą cząstek alfa Membrana polimerowa otrzymana metodą radiacyjną Zdjęcie z SEM, skala 10 m

9 Metody wytwarzania membran Metoda inwersji faz (różne rozmiary porów) 1) odparowywanie rozpuszczalnika sucha 2) żelowanie nierozpuszczalnikiem mokra 3) dodatek polimeru porotwórczego

10 Inwersja faz zol-żel Wykorzystuje lukę mieszalności w układzie polimer-rozpuszczalnik - strącalnik 1. przygotowanie homogenicznego roztworu polimeru o określonej lepkości 2.Strącanie membrany

11 Inwersja faz zol-żel przez odparowywanie Polimer Luka mieszalności B C A Rozpuszczalnik Nierozpuszczalnik Diagram fazowy układu rozpuszczalnik-nierozpuszczalnik - polimer

12 Inwersja faz zol-żel przez odparowywanie Nitroceluloza- polimer octan metylu rozpuszczalnik, alkohol etylowy nierozpuszczalnik

13 Inwersja faz zol-żel metoda mokra 1. przygotowanie homogenicznego roztworu polimeru o określonej lepkości 2. otrzymuje się cienki film (poprzez wylewanie na cienkie płyty szklane lub stalowe) Oddziaływanie par nierozpuszczalnika Zanurzenie płytki w nierozpuszczalniku (żelowanie)

14 Diagram fazowy układu rozpuszczalnik-polimer-nierozpuszczalnik formowanie membrany przez żelowanie Inwersja faz zol-żel metoda mokra A A Polimer B B Luka mieszalności A -B zmiana składu warstwy naskórkowej A-B zmiana składu wnętrza roztworu polimeru Rozpuszczalnik Nierozpuszczalnik

15 Proces tworzenia membrany metodą mokrą Dyfuzja rozpuszczalnika Dyfuzja nierozpuszczalnika Nierozpuszczalnik Roztwór polimeru Płytka

16 Inwersja faz zol-żel Im większa jest zawartość polimeru w roztworze tym gęstsza struktura otrzymanego produktu Im dłuższy czas odparowywania rozpuszczalnika, tym bardziej porowata membrana

17 Membrany formowane dynamicznie membrany formowane in situ (ang. formedin-place membranes)

18

19

20 Polimery i związki nieorganiczne stosowane do wytwarzania membran: Najwcześniej zastosowane i do dziś stosowane: celuloza, octan i azotan celulozy, Hydrofobowe: teflon, polifluorek winylidenu, polipropylen Hydrofilowe: poliamidy, polisulfon, poliwęglany, polialkohol winylowy Nieorganiczne: tlenki metali głównie przejściowych ZrO 2, grafit, szkło, metale

21 Przykłady polimerów stosowanych do wytwarzania membran Polisulfon Poliwęglany PTFE octan celulozy Polifluorek winylidenu