Tlakové membránové procesy

Názvem tlakové membránové procesy se zpravidla označují čtyři typy separačních technik: mikrofiltrace (MF), ultrafiltrace (UF), nanofiltrace (NF) a reverzní osmóza (RO).

Společným znakem technik je použití polopropustné membrány jako separačního elementu a tlakového rozdílu jako hnací síly transportu přes membránu. Vzájemná odlišnost spočívá ve velikostech používaných tlakových rozdílů, vlastnostech membrán a převažujícím transportním mechanismu. Tlakové membránové procesy se využívají ke koncentrování nebo čištění zředěných roztoků a disperzí. Velikost separovaných částic nebo molekul a chemické vlastnosti rozpouštědla jsou určujícími faktory pro výběr vhodného typu membrány. Principy tlakových membránových procesů jsou znázorněny na obr. 1. 

Obrázek č. 1 Schematické znázornění mikrofiltrace, ultrafiltrace, nanofiltrace a reverzní osmózy.

Působením hnací síly, tj. tlakového rozdílu nad a pod membránou, procházejí membránou molekuly rozpouštědla, resp. nízkomolekulární látky, zatímco větší molekuly nebo částice jsou membránou zachyceny. Postupujeme-li od MF přes UF a NF k RO, velikost separovaných částic (nebo molekul) klesá a tedy i velikost pórů odpovídajících membrán musí být menší. To rovněž znamená, že se zvyšuje odpor membrány vůči přenosu hmoty a pro dosažení stejné intenzity toku permeátu je nutné aplikovat stále vyšší tlak. Mezi jednotlivými tlakovými membránovými procesy nicméně neexistuje ostrá hranice.

MIKROFILTRACE

Membrány:   (a)symetrické porézní
Tloušťka:   10-150 µm
Velikost pórů:   0,1-10 µm
Hnací síla:   rozdíl tlaků (< 4 bary)
Princip separace:  sítový mechanismus
Materiál membrán:  polymerní, keramické

Využití mikrofiltrace:

- odstraňování bakterií a kvasinek z piva, vína a mléka
- čištění a sterilizace ovocných šťáv
- úprava vody při výrobě velmi čisté vody
- separace jemných krystalů ve farmaceutickém průmyslu
- zahušťování oleje z olejových emulzí
- proces předřazený UF a RO

ULTRAFILTRACE

Membrány:  asymetrické porézní
Tloušťka:  150 µm
Velikost pórů:  1- 100 nm
Hnací síla:  rozdíl tlaků (1 – 10 barů)
Princip separace: sítový mechanismus
Materiál membrán: polymer ( polysulfon, polyakrylonitril), keramika

Aplikace ultrafiltrace: 

- zpracování olejových emulzí
- získávání elektroforézních barev z oplachových vod
- zpracování odpadních vod z textilního a papírenského průmyslu
- zahušťování latexových emulzí
- zahušťování bílkovin a zpracování syrovátky
- při hemodialýze
- proces předřazený RO

NANOFILTRACE

Membrány:  kompozitní
Tloušťka:  nosič cca 150 µm, aktivní vrstva cca 1 µm
Velikost pórů:  < 2 nm
Hnací síla:  rozdíl tlaků (10-25 barů)
Princip separace: rozpouštění-difúze
Materiál membrán: polyamidy

Využití nanofiltrace: 

- změkčování vody 
- eliminace dusičnanových iontů z pitné vody
- odsolování produktů a meziproduktů v chemickém průmyslu
- čištění odpadních vod z galvanizoven, textilního a papírenského průmyslu

REVERZNÍ OSMÓZA

Membrány:  asymetrické nebo kompozitní
Tloušťka:  nosič cca 150 µm, aktivní vrstva cca 1 µm
Velikost pórů:  < 2 nm
Hnací síla:  rozdíl tlaků (15-80 barů)
Princip separace: rozpouštění-difúze
Materiál membrán: acetáty celulózy, polyamidy

Využití reverzní osmózy:

- odsolování mořské a brakické vody při výrobě pitné vody,
- výroba velmi čisté vody pro elektrotechnický a farmaceutický
  průmysl,
- čištění odpadních vod z galvanizoven, textilního a papírenského průmyslu.
- oplach chirurgických a laboratorních nástrojů před sterilizací
- dialýza
- napájení vysokotlakých kotlů

Poster tlakové membránové procesy