Баромембранные методы.

Классифицируются по размерам пор используемых мембран и размерам задерживаемых частиц.

Методы	Размер пор мембран, мкм	Размер задерживаемых частиц, см
обратный осмос	около 3∙10^-4	От 5∙10^-8 до 8∙10^-5
ультрафильтрация	15∙10^-5	От 3∙10^-7 до 1∙10^-4
микрофильтрация	0,2	От 5∙10^-6 до 2∙10^-3
тонкая фильтрация	10	Более 2,5∙10^-3

Прямой осмос – это диффузия молекул растворителя в раствор через полупроницаемую мембрану, когда мембрана не пропускает растворенное вещество. Осмотическое давление раствора (р₀) зависит от молярной концентрации растворенного вещества и степени его диссоциации. Если р₀>р_Г (давление гидравлическое), то идет прямой осмос. Если р₀= р_Г, диффузия воды через мембрану прекращается. Если р_Г>р₀, молекулы растворенного вещества и воды будут проходить через мембрану в растворитель. Этот механизм лежит в основе обратного осмоса и ультрафильтрации.

Следовательно, обратный осмос и ультрафильтрация – это перенос молекул через мембрану под давлением выше осмотического, при котором растворитель (вода) проходит через мембрану, а растворенное вещество в зависимости от его молекулярной массы и величины пор мембраны частично или полностью задерживается. Скорость ультрафильтрации тем выше, чем больше разница между рабочим давлением р_Г и осмотическим.

Обратный осмос и ультрафильтрация – широко распространены в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, фармацевтической и ферментной промышленности.

Преимущества ультрафильтрации – отсутствие тепловой инактивации ферментов и небольшие энергозатраты, позволяет провести концентрирование раствора без фазового превращения при комнатной температуре и одновременном освобождении от балластных веществ (низкомолекулярных).

Обратный осмос и ультрафильтрация имеют один механизм, но отличаются по ряду параметров.

Различия между обратным осмосом и ультрафильтрацией – при обратном осмосе разделение низкомолекулярных веществ происходит при рабочем давлении до 0,7-14 МПа, т.к. р₀ в этих растворах велико. Используются мембраны с очень маленькими порами (от 1∙10^-4 до 2∙10^-3 мкм).

При ультрафильтрации происходит разделение высоко- и низкомолекулярных веществ, цель процесса – получение концентрированного раствора высокомолекулярных соединений (например, ферментов). При этом рабочее давление низкое (от 0,07 до 0,7 МПа), т.к. р₀ в этих растворах небольшое. Используются мембраны с порами большими (от 3∙10^-3 до 150∙10^-3 мкм).

Названные различия достаточно условные.

Для математического описания процесса мембранного разделения служит модель движения вязкого потока через поры (уравнение Пуазейля) и модель диффузионного массопереноса (закон Фика). Принято считать, что если размер пор мембран меньше 3∙10^-3, то процесс подчиняется закону Фика (обратный осмос), при размере пор мембран больше 3∙10^-3(ультрафильтрация), процесс подчиняется уравнению Пуазейля.