Mikrofiltrácia (MF)
Presnosť filtrácie sa pohybuje medzi 0,1 a 50 mikrónmi. Mikrofiltrácia zahŕňa rôzne filtračné prvky z PP, filtračné prvky s aktívnym uhlím, keramické filtračné prvky atď. Odstraňuje z vody nebezpečné prvky, ako sú mikroorganizmy. Filtračný prvok sa často nedá umývať a je to jednorazový filtračný materiál, ktorý sa musí pravidelne vymieňať.
①PP bavlnené jadro: vo všeobecnosti sa používa iba na hrubú filtráciu s nízkymi požiadavkami na odstránenie veľkých častíc, ako sú sedimenty a hrdza, vo vode.
②Aktívne uhlie: Dokáže eliminovať rôzne farby a pachy vo vode, ale nedokáže odstrániť baktérie vo vode a účinok odstraňovania sedimentov a hrdze je tiež veľmi slabý.
③Keramický filtračný prvok: Presnosť filtrácie je len 0,1 mikrónu a prietok je zvyčajne malý, čo nie je ľahké čistiť.
Ultrafiltračná membrána (UF)
Mikroporézna filtračná membrána má menovitý rozsah veľkosti pórov 0,001 – 0,02 mikrónu a konzistentné štandardy veľkosti pórov. Ultrafiltračná membránová filtrácia je membránový filtračný proces, ktorý využíva ultrafiltračnú membránu s tlakovým rozdielom ako hnacou silou. Väčšina ultrafiltračných membrán je vyrobená z acetátových vlákien alebo polymérnych materiálov s porovnateľnými vlastnosťami. Je vhodná na separáciu a koncentráciu rozpustených látok v roztokoch a často sa používa aj na separáciu koloidných suspenzií, ktoré je ťažké dokončiť inými separačnými technikami, a jej aplikačné oblasti neustále rastú.
Membránová ultrafiltrácia založená na tlakovom rozdiele sa delí na tri typy: ultrafiltračná membránová filtrácia, mikroporézna membránová filtrácia a filtrácia s reverznou osmózou. Rozlišujú sa malou veľkosťou častíc alebo molekulovou hmotnosťou, ktorú membránová vrstva dokáže udržať. Ak sa ako rozlišovací štandard použije menovitý rozsah veľkosti pórov membrány, mikroporézna membrána (MF) má menovitý rozsah veľkosti pórov 0,02 – 10 m, ultrafiltračná membrána (UF) má menovitý rozsah veľkosti pórov 0,001 – 0,02 m a reverzná osmózna membrána (RO) má menovitý rozsah veľkosti pórov 0,0001 – 0,001 m. Existuje niekoľko riadiacich prvkov pre póry, ako sú ultrafiltračné membrány s rôznymi veľkosťami pórov, a rozloženie veľkosti pórov sa môže generovať na základe typu a koncentrácie roztoku, ako aj podmienok odparovania a koagulácie počas výroby membrány.
Fyzikálna mapa ultrafiltrácie
Ultrafiltračné membrány sú zvyčajne polymérne separačné membrány, pričom polymérne materiály používané na ultrafiltračné membrány pozostávajú prevažne z derivátov celulózy, polysulfónu, polyakrylonitrilu, polyamidu a polykarbonátu. Ultrafiltračné membrány sa široko používajú vo farmaceutickom, potravinárskom a environmentálnom priemysle a môžu sa tvarovať do plochých membrán, rolovacích membrán, rúrkových membrán alebo membrán z dutých vlákien.
Ultrafiltračná membrána bola jednou z prvých vynájdených separačných membrán pre polymérne systémy a ultrafiltračné stroje boli vyrobené v 60. rokoch 20. storočia. Ultrafiltračné membrány sa v priemysle široko používajú a objavili sa ako nová chemická operácia. Používajú sa pri separácii, koncentrácii a čistení biologických produktov, farmaceutických výrobkov a potravín, ako aj v terminálových zariadeniach na čistenie krvi, čistenie odpadových vôd a prípravu ultračistej vody.
Presnosť filtrácie nanofiltrácie (NF) je medzi ultrafiltráciou a reverznou osmózou a rýchlosť odsoľovania je nižšia ako pri reverznej osmóze. Na trhu sa rozšírené príslovie: nanofiltrácia je nedbalá reverzná osmóza. V skutočnosti je to technická klamlivá predstava.
Fyzikálna mapa nanofiltrácie
V samotnom koncepte separácie je nanofiltrácia filtračná membrána, ktorá spĺňa Daunanov efekt a má selektívne odpudzovanie iónov, pričom priepustnosť chloridu sodného je úmerná koncentrácii chloridu sodného a je vyššia ako 0,4. Jej primárne aplikácie sú odsoľovanie a koncentrácia rôznych vstupných kvapalín. 0 % odpudzovanie NaCl bolo pozorované pri použití nanofiltračných membrán pri 30 000 ppm NaCl v kombinácii s inými iónmi.
Reverzná osmóza (RO): Presnosť filtrácie je okolo 0,0001 mikrónu a ide o ultra-vysoko presnú membránovú separačnú metódu vyvinutú v Spojených štátoch začiatkom 60. rokov 20. storočia využívajúcu diferenciálny tlak. Dokáže odfiltrovať prakticky všetky kontaminanty (škodlivé aj užitočné) vo vode a zanechať iba molekuly vody. Vo väčšine prípadov sa používa pri výrobe čistej vody, priemyselnej ultračistej vody a medicínskej ultračistej vody. Technológia reverznej osmózy vyžaduje tlak a energiu.
RO je skratka pre Reverse Osmosis Membrane (reverzná osmózna membrána). Keďže veľkosť pórov RO membrány je päťmilióntin vlasu (0,0001 mikrónu), je voľným okom zvyčajne neviditeľná a baktérie a vírusy sú jej 5 000. Preto cez ňu môžu prejsť iba molekuly vody a niektoré minerálne ióny, ktoré sú prospešné pre ľudské telo, a iné nečistoty a ťažké kovy sa vypúšťajú z odpadového potrubia.
Princíp reverznej osmózy:
V prvom rade musíme pochopiť myšlienku „osmózy“. Osmóza je fyzikálny proces. Keď sú dva typy vody s rôznym obsahom soli oddelené, napríklad polopriepustnou bariérou, voda na strane s menším obsahom soli preniká. Membrána vstupuje do vody s vysokým obsahom soli, ale soľ nepreniká, čo spôsobuje postupné spájanie koncentrácií soli na oboch stranách, až kým sa nevyrovnajú. Dokončenie tohto procesu, ktorý je tiež známy ako osmotický tlak, však trvá dlho.
Fyzikálna mapa reverznej osmózy
Ak sa však pokúsite vyvíjať tlak na strane vody s vysokým obsahom soli, dôsledkom môže byť obmedzenie spomínaného prenikania a tento tlak sa nazýva osmotický tlak. Ak sa tlak zvýši, infiltrácia sa môže obrátiť a soľ zostane. Princípom odsoľovania reverznou osmózou je teda aplikovať tlak vyšší ako je prirodzený osmotický tlak v slanej vode (napríklad v surovej vode), takže osmóza prebieha v opačnom smere a molekuly vody v surovej vode sú tlačené na druhú stranu membrány, čo vedie k čistej vode, aby sa dosiahol cieľ odstránenia nečistôt a solí z vody.
Pôvod reverznej osmózy RO:
Americký vedec v roku 1950 náhodou zistil, že čajky pri lete na mori nasali z morskej hladiny obrovské množstvo morskej vody. Po niekoľkých sekundách vyvrátili malé množstvo morskej vody, čo vyvolalo obavy, pretože zvieratá na súši dýchajú pľúcami. Slanú vodu s vysokým obsahom soli nemožno konzumovať. Po pitve sa zistilo, že telo čajky má tenkú vrstvu. Táto vrstva je naozaj presná. Čajka vdychuje slanú vodu, ktorá sa následne stlačí, a molekuly vody prechádzajú cez vrstvu v dôsledku tlaku.
Premení sa na sladkú vodu a kontaminanty a extrémne koncentrovaná soľ z morskej vody sa vypľujú z úst. Toto je základný teoretický základ procesu reverznej osmózy, ktorý prvýkrát použila v roku 1953 Floridská univerzita v odsoľovacích zariadeniach. Dr. S. Sidney Lode, profesor Lekárskej fakulty UCLA, spolupracoval s Dr. S. Soirirajanom na začatí výskumu membrán reverznej osmózy v roku 2009 s podporou projektu federálnej vlády USA a investoval približne 400 miliónov amerických dolárov ročne do výskumu, aby sa tento proces uplatnil u astronautov.
Čas uverejnenia: 31. marca 2022