Ультрафильтраиия / Брык М. Т., Цапюк Е. А.; Отв. ред. Пилипенко А. Т.; АН УССР. Ин-т коллоид, химии и химии воды им. А. В. Думанского.— Киев: Наук. думка, 1989.— 283 с.—ISBN 5-12-000736-8.
В монографии рассмотрены физико-химические основы формирования ультрафильтрационных мембран на основе полимеров различной химической природы, а также других материалов. Описаны закономерности массопереноса через ультрафильтрационные мембраны, изложены экспериментальные данные и теоретическое обоснование механизма переноса через ультрафильтрационные мембраны. Освещены коллоидно-химические проблемы ультрафильтрации и, в частности, влияние химии поверхности мембран, свойств разделяемых веществ на закономерности ультрафильтрации. Приведены сведения о методических принципах и аппаратурном оформлении экспериментальных исследований ультрафильтрации.
Для специалистов в области создания и исследования полимерных мембран, а также их использования в технологии очистки воды, концентрирования и фракционирования растворенных веществ.
ВВЕДЕНИЕ
Мембранная технология и мембраны как ее основной элемент в последние два десятилетия широко применяются для очистки, разделения (фракционирования) и концентрирования растворов. Среди мембранных процессов особенно интенсивно развиваются баромем-бранные (микро-, ультрафильтрация и обратный осмос), движущей силой которых является разность давлений по обе стороны мембраны. Если обратный осмос изучен достаточно полно, а результаты обобщены в монографиях [1—7], то существенно в меньшей мере это касается микрофильтрации и тем более ультрафильтрации, несмотря на ее очевидную перспективность.
Расширение исследований в области ультрафильтрации и особенно широкое практическое применение ее в последние несколько лет настоятельно требуют обобщения имеющихся теоретических и экспериментальных сведений, что позволит обратить внимание на многие нерешенные вопросы и углубить исследования по теории ультрафильтрации. Это даст возможность решать практические задачи на должном экспериментально-теоретическом уровне, что особенно важно в связи с возрастающей актуальностью проблемы ограниченности сырьевых ресурсов, которые необходимо использовать на качественно новом уровне, предполагающем как более экономное и полное их потребление, так и создание замкнутых циклов производства, оказывающих минимальное влияние на окружающую среду и позволяющих перерабатывать отходы в ценные продукты. Ультрафильтрация во многих случаях представляет одно из ключевых звеньев таких циклов.
Для осуществления ультрафильтрационного разделения веществ требуются два условия: наличие полупроницаемой мембраны, пропускающей одни компоненты раствора и задерживающей другие, а также поддержание по обе ее стороны градиента давления. Между этими условиями существует определенная взаимосвязь: уменьшение размера пор в мембране, приводящее к способности задерживать более мелкие частицы, обусловливает необходимость использования все более высокого давления. Поэтому существующие процессы баромемб-ранной фильтрации можно условно классифицировать следующим образом: классическая фильтрация (размер пор > 10 мкм, давление 0—0,06 МПа), микрофильтрация (0,1—10 мкм, 0,1 МПа), ультрафильт-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ...............................
Глава 1. Ультрафильтрационные полимерные мгибраны..........
1.1. Требования к мембранам .................
1.2. Общие принципы получения полимерных мембран......
1.3. Получение, структура и свойства мембран на основе некоторых классов полимеров ................... 36
1.3.1. Мембраны на основе целлюлозы и ее производных..... 17
1.3.2. Полиамидные мембраны ................ 19
1.3.3. Полисульфоновые мембраны ............... 20
1.3.4. Полиимидные мембраны ................ 2!
1.3.5. Мембраны на основе других полимеров........... 22
1.4. Макроскопическая структура полимерных мембран..... 23
1.4.1. Асимметричные мембраны типа Лоеба—Соурираяджаиа ... 24
1.4.2. Композиционные полимерные мембраны ......... 25
1.4.3. Ядерные фильтры .................... 26
1.4.4. Полые волокна ..................... 27
1.5. Перспективы создания новых мембран и исследований их структуры и свойств ..................... 28
1.6. Динамические мембраны ................. 29
1.6.1. Основные принципы формирования и функционирования динамических мембран ................... 29
1.6.2. Некоторые проблемы получения и использования динамических мембран •....................... 32
1.7. Другие типы ультрафильтрационных мембран........ 43
1.7.1. Жидкие мембраны .................... 43
1.7.2. Жесткие мембраны ................... 4й
Глава 2. Мчссоперенос через ультрафильтрационные мембраны........ 49
2.1. Формальное описание ультрафильтрационного массопереноса . 49
2.1.1. Феноменологические соотношения, полученные на основе термодинамического подхода ................ 50
2.1.2. Феноменологические коэффициенты и их экспериментальное определение ...................... 56
2.1.3. Результаты, получаемые на основе формального подхода ... 63
2.2. Физическое моделирование массопереноса через ультрафильтрационные мембраны ................... 70
2.2.1. Фрикционная модель при описании массопереноса через полупроницаемые мембраны ................. 71
2.2.2. Физические модели мембран ............. 80
2.2.3. Эффект динамических мембран в ультрафильтрации и принципы
его моделировании ................... 99
2.2.4. Концентрационная поляризация, гелеобразование и осмотическая модель ультрафильтрации ............. 130
Глава 3. Коллоидно-химические проблемы ультрафильтрации ........ 155
3.1. Ультрафильтрация растворителей ............. 156
3.1.1. Природа течения растворителя через ультрафильтрационную
мембрану ....................... 156
287
3.! .2. Отклонения от закона Пуазейля, обусловленные взаимодействиями растворителей с мембраной ............. 158
3.: .3. Отклонения от закона Пуазейля, связанные с наличием примесей
в растворителе ..................... 162
3.1.4. Изменение структуры ультрафильтрационных мембран при воздействии на них давления и температуры..........16G
3.2. Особенности ультрафильтрации веществ различной химической природы ........................169
3.2.1. Ультрафильтрания растворов белков ........... 170
3.2.2. Ультрафильтрация растворов гибко- и жесткоцгпных синтетических полимеров ................... 189
3.2.3. Ультрафильтрация растворов поверхностно-активных веществ
и красителей.......................205
3.2.4. Ультрафильтрация неорганических коллоидов .......216
3.3. Разделительные свойства модифицированных ультрафильтраци-онных мембран .....................222
3.3.1. Модифицирование мембран химической прививкой полимеров
на их поверхности ....................222
3.3.2. Адсорбция на ультрафильтрационных мембранах ......225
3.4. Комплексообразование и ультрафильтрация ........233
3.4.1. Принцип метода .....................233
3.4.2. Влияние комплексообразования на параметры ультрафильтрации низкомолекулярного компонента ............ 234
3.4.3. Влияние комплексообразования на параметры ультрафильтрации высокомолекулярного компонента .......... 237
3.4.4. Комплексообразовапие с участием низкомолекулярных лнган-
дов ..................."........240
3.4.5. Синергичсский эффект при комплексообразовании — ультрафильтрации ......................241
3.4.6. Концентрирование выделяемых вещества условиях комплексо-ооразования — ультрафильтрации..............242
3.4.7. Возможности и ограничения метода комплексообразования — ультрафильтрации ...................243
3.5. Некоторые особенности ультрафильтрации растворов полиднс-персных систем ....................244
3.5.1. Фракционирование разбавленных растворов ........245
3.5.2. Фракционирование концентрированных растворов .....247
3.5.3. Влияние на процесс фракционирования химической природы ингредиентов ..................... 248
Тлаьа 4. Методы оценки структуры и разделительных свойств ультрафильтрационных мембран.......................... 252
4.1. Краткий анализ методов калибровки ультрафильтрационных мембран ........................252
4.1.1. Определение cut-off ультрафильтрационных мембран.....253
4.1.2. Калибровка мембран по задержанию частиц определенного размера ..........................255
4.1.3. Калибровка мембран по среднему гидравлическому радиусу пор 250
4.1.4. Калибровка мембран по кривой молекулярно-массозого задержания • ........................257
4.1.5. Некоторые перспективные методы калибровки ультрафильтрационных мембран ....................259
4.2. Методы оценки макроскопической структуры ультрафнльтра-ционных мембран .................... 261
4.2.1. Равновесные (нетранспортные) методы ..........261
4.2.2. Транспортные методы, основанные на проницаемости газов, жидкостей и растворов .................263
4.3. Лабораторные аппараты и установки для ультрафильтрационного разделения растворов ................ 268
Заключение .............................271
Список литературы.......................... 273
Цена: 300руб.
