- •А.А.Свитцов введение в мембранную технологию Учебное пособие
- •Глава 1. Вода и ее свойства
- •Какая же она – молекула воды?
- •Структура жидкой воды
- •Водные растворы
- •Растворы неэлектролитов в воде
- •Растворы электролитов в воде
- •Энергетические эффекты растворения
- •Осмотическое давление раствора
- •0,5 Г/л, температура – 10оС.
- •32,0 Г/л; температура – 20оС.
- •Осмотическая машина
- •Глава 2. Мембранные процессы
- •2.1. Массоперенос через мембраны
- •2.2.Баромембранные процессы
- •2.2.1.Обратный осмос
- •2.2.2. Ультрафильтрация
- •2.2.3. Микрофильтрация
- •2.2.4. Нанофильтрация
- •2.2.5. Классификация баромембранных процессов
- •2.3. Диффузионные мембранные процессы
- •2.3.1. Разделение газовых смесей
- •2.3.2. Диализ
- •2.3.3. Мембранная экстракция (жидкие мембраны)
- •2.4. Термомембранные процессы
- •Мембранная дистилляция
- •2.4.2.Первапорация (испарение через мембрану)
- •2.5. Электромембранные процессы (электродиализ)
- •Глава 3. Поляризационные явления на мембранах
- •3.1. Концентрационная поляризация
- •3.2. Гелевая поляризация
- •3.3. Осадкообразование на мембране
- •3.4. Влияние поляризационных явлений на удельную производительность мембран
- •Глава 4. Полупроницаемые мембраны
- •4.1. Классификация мембран
- •4.3.1. Основные понятия о полимерах
- •4.3.3.Растворы полимеров
- •4.3.4.Расплавы полимеров
- •4.3.5. Методы получения полимерных мембран
- •4.22. Схема строения активного слоя анизотропной мембраны
- •4.26. Схема получения полого волокна методом сухого формования:
- •4.3.5.3. Получение пористых мембран из порошков полимеров
- •4.3.5.4.Получение пористых мембран растворением полимера
- •4.4.1.Мембраны из микропористого стекла
- •4.4.2. Металлические мембраны
- •4.4.3.Мембраны из керамики
- •4.4.4.Мембраны из графита
- •4.5.Композиционные мембраны
- •4.5.1.Композитные мембраны с полимерным разделительным слоем, полученным методом полива на поверхность воды
- •4.5.3.Композитные мембраны с полимерным разделительным слоем, полученные методом полива на подложку
- •4.5.3.Композитные мембраны с полимерным разделительным слоем, полученные методом межфазной поликонденсации
- •4.5.4. Композитные мембраны на неорганических носителях
- •4.5.5. Динамические мембраны
- •4.5.6.Нанесенные мембраны
- •Определение структуры и свойств мембран
- •4.6.1. Общая пористость
- •4.6.2.Размер пор
- •1. Электронная микроскопия
- •2.Ртутная порометрия
- •3.Метод "точка пузырька"
- •4. Проточная порометрия
- •4.6.3.Физико-механические характеристики мембран
- •1. Толщина мембраны
- •2.Механическая прочность
- •3.Анизотропия мембран
- •4.6.4.Технологические свойства мембран
- •1. Удельная производительность (проницаемость)g.
- •2.Задерживающая способность r
- •4.6.5. Методы калибровки пористых мембран
- •1. Калибровка по определению молекулярно-массового отсекания (cut-off) мембран.
- •2.Калибровка по задержанию частиц определенного размера.
- •Глава 5. Мембранная техника
- •Мембранные элементы
- •5.1.1. Аппараты с плоскими мембранными элементами
- •Аппараты с рулонными мембранными элементами
- •Аппараты с патронными мембранными элементами
- •Аппараты с трубчатыми мембранными элементами
- •Аппараты с капиллярными мембранными модулями
- •5.2. Мембранные установки
- •Генератор движущей силы
- •Предварительная обработка исходной смеси
- •Регенерация мембран и мойка оборудования
- •Рекуперация энергии
- •3) Составим материальный баланс процесса опреснения:
- •6) Расход энергии на нагнетание морской воды в опреснительную установку
- •Контроль, управление и автоматизация
- •5.3.Поточные схемы мембранных установок
- •Глава 6. Прикладная мембранная технология
- •6.1. Технологические приемы осуществления мембранных процессов разделения
- •6.1.1. Диафильтрация
- •6.1.2. Мицеллярно-усиленная ультрафильтрация
- •6.1.3. Мембранный реактор
- •6.2. Рынок мембранных технологий
- •6.2.1. Опреснение соленых вод
- •6.2.2. Получение сверхчистой воды
- •6.2.3. Переработка промышленных отходов
- •6.2.4. Биотехнология
- •6.2.5. Пищевая промышленность
- •6.2.6. Медицина
- •6.2.7. Первапорация
- •6.2.8. Разделение газовых смесей
6.2.6. Медицина
В медицине мембранные технологии оказались наиболее продвинутыми по причине того, что многие органы человека работают по принципу мембранного разделения – почки, печень, легкие. Хотя попытки воссоздать биологические мембраны пока не привели к заметным успехам, тем не менее, на синтетических мембранах созданы устройства, помогающие миллионам болеющих людей. Все эти методы относятся к так называемой эфферентной терапии, суть которой – в выведении из организма патологических продуктов, появляющихся в результате болезни. Сопровождается заболевание нарушением иммунитета, т.е. системы самозащиты, в организме больного начинается и постоянно усиливается «токсический пресс». Если его не остановить, то лечение только медикаментозной стимуляцией, т.е. лекарствами, затруднено или невозможно. На ликвидацию «токсического пресса» через выведение из организма патологических веществ и санацию (очистку) внутренней среды и направлены методы эфферентной терапии. Под патологическими веществами медики подразумевают не только токсичные вещества экзо- и эндогенного происхождения, но и естественные метаболиты, концентрация которых превышает физиологические нормы.
Методы эфферентной терапии делятся на две группы: одна основана на селективном выведении из крови определенных веществ практически без изменения водного баланса (гемодиализ), другая – на выведении патологических метаболитов вместе с частью самой крови – плазмой (плазмаферез или гемоультрафильтрация).
Гемодиализ. За счет создания градиента концентраций патологических метаболитов по обе стороны диффузионной мембраны через нее постепенно переносятся эти вещества, очищая (санируя) организм. Поскольку здесь моделируется работа живой почки, устройства для гемодиализа называются «искусственная почка». В качестве выносящего потока используют физиологические растворы, содержащие необходимый солевой состав в предварительно обессоленной воде.
Практически все гемодиализаторы изготовлены на полом волокне (рис.6.10). Ничего лучшего для этой цели пока не придумали, поэтому данное направление находится на 6 стадии линии жизни продукта.
Рис.6.10. Фотография гемодиализатора
Сегодня во многих странах существуют специальные бюджетные программы гемодиализа, по которым больные получают бесплатное или дешевое лечение, поскольку при хронических заболеваниях сеансы гемодиализа проводятся регулярно в течение всей жизни.
Плазмаферез. Метод ультрафильтрации живой крови проводится либо под естественным давлением (безаппаратный способ), либо под избыточным давлением, создаваемым насосом (аппаратный способ). Через мембрану переносится плазма, т.е. водная часть крови вместе с метаболитами. В зависимости от размера пор мембрана задерживает только форменные элементы крови (живые клетки), или клетки и белковые молекулы. На рисунке 6.11 показана мембранная установка для плазмафереза.
Рис.6.11. Фотография установки для мембранного плазмафереза
Иногда в течение сеанса у больного выводят до 20 л жидкости, которую необходимо замещать физиологическим раствором. Создается своеобразный режим диафильтрации, в который включен и сам пациент.