Czemp

Česká membránová platforma
MELPRO 2018Publikace CZEMPLMŠ fotoZařízeníMembránaPlocha

Obecné informace o membránových procesech

Membránové procesy jsou vyvíjeny v průběhu posledních pěti desetiletí jako moderní vysoce energeticky účinné separační metody založené na molekulárních vlastnostech oddělovaných látek. Základním cílem této snahy je dosažení co nejdokonalejšího oddělení produktu od příměsí při co nejnižší spotřebě energie.

Za srdce každého membránového postupu je považována membrána. Tu lze definovat jako selektivní bariéru mezi dvěma prostředími umožňující transport vybraných částic. Membrána je charakterizována účinností rozdělení transportovaných částic, tj. selektivitou, a dále pak množstvím převedené látky, tj. propustností (permeabilitou). Selektivita membrány je určena charakterem použitého materiálu a dokonalostí její výroby. Tento parametr je rozhodující z hlediska kvality vlastní separace složek směsi. Propustnost pak charakterizuje společně s velikostí hnací síly výkonnost celého procesu. Látka prošlá membránou je označována jako permeát, zadržená látka pak jako retentát nazývaný často též koncentrát. Jiným aspektem je omezení funkce membránového procesu způsobené koncentračními změnami v blízkosti membrány – koncentrační polarizace nebo usazováním nečistot na povrchu membránového materiálu – fouling. Tyto jevy je možné omezit uspořádáním procesu, např. volbou proudění roztoků tangenciálně podél membrány (cross flow system). Všechny uvedené možnosti tak dovolují kategorizovat membránové procesy a pro cílené aplikace vybírat vhodný proces, případně kombinaci procesů ve vhodném uspořádání. V současnosti membránové separace zahrnují  následující hlavní procesy: mikrofiltrace, ultrafiltrace, nanofiltrace, reverzní osmóza (někdy též hyperfiltrace), elektrodialýza, elektroforéza, membránová destilace, membránová krystalizace, membránová separace plynů a dialýza.

KLASIFIKACE MEMBRÁNOVÝCH PROCESŮ PODLE HNACÍ SÍLY 
Membránový proces Fáze 1 Fáze 2 Hnací síla
mikrofiltrace kapalina kapalina gradient tlaku
ultrafiltrace kapalina kapalina gradient tlaku
nanofiltrace kapalina kapalina gradient tlaku
reverzní osmóza kapalina kapalina gradient tlaku
dialýza kapalina kapalina gradient chemického potenciálu
separace plynů plyn plyn gradient tlaku
pervaporace kapalina plyn gradient chemického potenciálu
elektrodialýza kapalina kapalina gradient elektrochemického potenciálu
elektroforéza kapalina kapalina gradient elektrochemického potenciálu
membránová destilace kapalina kapalina gradient teploty/tlaku

Membránové procesy lze rozdělit do několika skupin podle různých kriterií. Nejčastěji jsou klasifikovány podle fyzikálního charakteru hnací síly vlastní separace. Z tohoto úhlu pohledu rozeznáváme membránové procesy, jejichž hnací silou je gradient tlaku, chemického a elektrochemického  potenciálu. Můžeme také mluvit o odlišných tvarech membrán a jejich uspořádání v membránovém modulu a rozeznávat symetrické nebo asymetrické membrány ve tvaru listů uspořádaných do spirálově  vinutého modulu nebo modulů plochých. Jiným typem jsou membrány trubicové nebo kapilární různého průměru v modulech tubulárních. Každé z těchto uspořádání má své výhody i nevýhody, které jsou klíčem k jejich volbě pro uvažovaný proces.