МЕМБРА́НЫ РАЗДЕЛИ́ТЕЛЬНЫЕ

МЕМБРА́НЫ РАЗДЕЛИ́ТЕЛЬНЫЕ (по­лу­про­ни­цае­мые, се­лек­тив­но-про­ни­цае­мые мем­бра­ны), раз­де­ли­тель­ные пе­ре­го­род­ки с пре­имущественной про­ни­цае­мо­стью од­но­го или не­сколь­ких ком­по­нен­тов га­зо­вой сме­си, жид­ко­го рас­тво­ра, кол­ло­ид­ной сис­те­мы. Пред­на­зна­че­ны для осу­ще­ст­в­ле­ния мем­бран­ных про­цес­сов раз­де­ле­ния. Осн. ви­ды про­мыш­лен­ных М. р.: по­рис­тые, не­по­рис­тые, асим­мет­ри­че­ские, ди­на­ми­че­ские, ио­но­об­мен­ные, жид­кие.

М. р. от­ли­ча­ют­ся по ме­ха­низ­мам раз­де­ле­ния, а сле­до­ва­тель­но, и по об­лас­тям при­ме­не­ния. Для по­рис­тых М. р. ха­рак­тер­на фа­зо­вая про­ни­цае­мость – че­рез по­ры ве­ще­ст­во про­хо­дит в ви­де га­зо­об­раз­ной или жид­кой фа­зы. Раз­де­ле­ние в по­рис­тых М. р. обу­слов­ле­но раз­ме­ра­ми пор: струк­ту­ра пор (раз­ме­ры, гео­мет­рия и пр.) оп­ре­де­ля­ет, ка­кие – по мо­ле­ку­ляр­ной мас­се и раз­ме­рам – час­ти­цы или мо­ле­ку­лы бу­дут про­хо­дить че­рез мем­бра­ну, а ка­кие за­дер­жи­вать­ся ею. По­рис­тые М. р. долж­ны иметь как мож­но бо­лее вы­со­кую объ­ём­ную по­рис­тость (мо­жет дос­ти­гать 80%) и как мож­но бо­лее уз­кое рас­пре­де­ле­ние пор по раз­ме­рам. По­рис­тые М. р. наи­бо­лее ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся для мик­ро- и ульт­ра­фильт­ра­ции. Раз­мер пор мик­ро­фильт­ра­ци­он­ных мем­бран 0,02–10 мкм, ульт­ра­фильт­ра­ци­он­ных – 0,001–0,02 мкм. Транс­порт ве­ще­ст­ва че­рез не­по­рис­тые (т. е. плот­ные, мо­но­лит­ные, сплош­ные) М. р. про­те­ка­ет по ме­ха­низ­му диф­фу­зии – рас­тво­ре­ния; раз­де­ле­ние обу­слов­ле­но раз­ли­чия­ми в ско­ро­стях диф­фу­зии ком­по­нен­тов и/или раз­ли­чия­ми в их рас­тво­ри­мо­сти. Не­по­рис­тые М. р. по­зво­ля­ют раз­де­лять близ­кие по раз­ме­рам мо­ле­ку­лы. На ха­рак­те­ри­сти­ки раз­де­ле­ния не­по­рис­тых мем­бран су­ще­ст­вен­ное влия­ние ока­зы­ва­ют хи­мич. при­ро­да и мор­фо­ло­гия ма­те­риа­ла мем­бра­ны, меж­мо­ле­ку­ляр­ные и хи­мич. взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду ве­ще­ст­вом мем­бра­ны и ком­по­нен­та­ми сме­си. Не­по­рис­тые М. р. ис­поль­зу­ют­ся в про­цес­сах диф­фу­зи­он­но­го раз­де­ле­ния га­зов, пер­ва­по­ра­ции, диа­ли­за. Не­по­рис­тые и боль­шин­ст­во по­рис­тых М. р. име­ют сим­мет­рич­ное (од­но­род­ное) строе­ние; их тол­щи­на, как пра­ви­ло, 10–200 мкм.

Вы­со­кую се­лек­тив­ность и вы­со­кую ско­рость мас­со­пе­ре­но­са со­че­та­ют асим­мет­рич­ные М. р. Та­кие мем­бра­ны со­сто­ят из двух или боль­ше­го чис­ла струк­тур­но не­од­но­род­ных сло­ёв. Для ульт­ра­фильт­ра­ции и про­цес­сов об­рат­но­го ос­мо­са ис­поль­зу­ют­ся в осн. двух­слой­ные М. р.: на по­рис­тую вы­со­ко­про­ни­цае­мую ос­но­ву – под­лож­ку (тол­щи­ной 50–150 мкм) на­не­сён тон­кий (0,1–1 мкм) вы­со­ко­се­лек­тив­ный мик­ро­по­рис­тый или не­по­рис­тый слой. Ком­по­зи­ци­он­ные М. р., в ко­то­рых по­верх­но­ст­ный слой и под­лож­ка соз­да­ют­ся из разл. ма­те­риа­лов или под­лож­ка име­ет слож­ную кон­фи­гу­ра­цию, при­ме­ня­ют­ся в про­цес­сах пер­ва­по­ра­ции. При про­пус­ка­нии че­рез по­рис­тую под­лож­ку раз­де­ляе­мо­го рас­тво­ра со­дер­жа­щие­ся в нём дис­пер­ги­ро­ван­ные час­ти­цы мо­гут от­кла­ды­вать­ся на по­верх­но­сти под­лож­ки, фор­ми­руя ак­тив­ный (раз­де­ляю­щий) слой; в ре­зуль­та­те соз­да­ют­ся ди­на­ми­че­ские раз­де­лит. мем­бра­ны.

Ио­но­об­мен­ные (ион­ные, ио­но­се­лек­тив­ные) М. р. про­яв­ля­ют в рас­тво­рах элек­тро­ли­тов вы­со­кую элек­тро­про­вод­ность и ион­ную се­лек­тив­ность – из­би­ра­тель­ность к пе­ре­но­су про­ти­во­по­лож­но за­ря­жен­ных ио­нов. Ка­тио­но­об­мен­ные М. р. име­ют от­ри­ца­тель­ный за­ряд, про­ни­цае­мы для при­сут­ст­вую­щих в рас­тво­ре ка­тио­нов; анио­но­об­мен­ные М. р. за­ря­же­ны по­ло­жи­тель­но, про­ни­цае­мы для анио­нов. В би­по­ляр­ных М. р. два про­ти­во­по­лож­но за­ря­жен­ных слоя кон­так­ти­ру­ют друг с дру­гом. Мо­за­ич­но за­ря­жен­ные М. р. со­сто­ят из дву­мер­ных или трёх­мер­ных че­ре­дую­щих­ся ка­тио­но- и анио­но­об­мен­ных ка­на­лов, про­ни­зы­ваю­щих мем­бра­ну. Осн. об­ласть при­ме­не­ния ио­но­об­мен­ных М. р. – элек­тро­диа­лиз.

В ка­че­ст­ве мем­бран­ных ма­те­риа­лов мо­гут ис­поль­зо­вать­ся не толь­ко твёр­дые ве­ще­ст­ва: функ­цию се­лек­тив­но­го барь­е­ра ме­ж­ду раз­де­ляе­мы­ми фа­за­ми мо­жет вы­пол­нять жид­кость, су­ще­ст­вую­щая в сво­бод­ном ви­де или на но­си­те­ле, – жид­кие М. р. Раз­де­ле­ние мо­жет про­ис­хо­дить не толь­ко за счёт раз­ли­чия ко­эф­фи­ци­ен­тов рас­тво­ри­мо­сти и диф­фу­зии в жид­кой мем­бра­не ком­по­нен­тов сме­си (пас­сив­ный пе­ре­нос), но и за счёт мо­ле­кул-пе­ре­нос­чи­ков, рас­тво­рён­ных в мем­бран­ной жид­ко­сти и спо­соб­ных из­би­ра­тель­но (напр., за счёт ком­плек­со­об­ра­зо­ва­ния) свя­зы­вать ком­по­нен­ты сме­си (ак­тив­ный транс­порт). Осн. ви­ды жид­ких М. р.: сво­бод­ные мем­бра­ны (ус­той­чи­вые в гра­ви­та­ци­он­ном по­ле слои жид­ко­сти, от­ли­чаю­щие­ся по плот­но­сти от раз­де­ляе­мых ими фаз); им­мо­би­ли­зо­ван­ные, или им­прег­ни­ро­ван­ные, мем­бра­ны (про­пи­тан­ные жид­ко­стью по­рис­тые плён­ки или во­лок­на); эмуль­си­он­ные мем­бра­ны (ста­би­ли­зи­ро­ван­ные ПАВ жид­кие слои, от­де­ляю­щие ка­пель­ную фа­зу от сплош­ной в пря­мых или об­рат­ных эмуль­си­ях). Тол­щи­на сво­бод­ных жид­ких М. р., как пра­ви­ло, св. 1 мм, им­мо­би­ли­зо­ван­ных – 100–500 мкм, эмуль­си­он­ных – 0,1–1,0 мкм. Жид­кие мем­бра­ны ис­поль­зу­ют для раз­де­ле­ния в ре­жи­ме диа­ли­за или элек­тро­диа­ли­за га­зо­вых сме­сей, жид­ких рас­тво­ров.

М. р. мо­гут быть из­го­тов­ле­ны из разл. ма­те­риа­лов: био­по­ли­ме­ров и их про­из­вод­ных (цел­лю­ло­зы, эфи­ров цел­лю­ло­зы и пр.), син­те­ти­че­ских ор­га­нич. по­ли­ме­ров (по­ли­эти­лен, по­ли­про­пи­лен, фто­ро­пла­сты и др.), не­ор­га­нич. ма­те­риа­лов (ме­тал­лов, ке­ра­ми­ки, уг­ле­ро­да, стек­ла и т. п.) и т. д. Вы­пус­ка­ют­ся М. р. ча­ще все­го в ви­де плё­нок, мик­ро­тру­бок (по­лых во­ло­кон), тон­ких по­кры­тий, на­не­сён­ных на по­рис­тые под­лож­ки разл. кон­фи­гу­ра­ции. Осн. тре­бо­ва­ния к М. р.: вы­со­кие раз­де­ли­тель­ная спо­соб­ность (се­лек­тив­ность) и про­из­во­ди­тель­ность, ме­ха­нич. проч­ность, хи­мич. стой­кость, от­но­си­тель­но низ­кая стои­мость, по­сто­ян­ст­во ха­рак­те­ри­стик в про­цес­се экс­плуа­та­ции.