Обратный осмос

Для разделения молекул или ионов Манегольд в 1929 году предложил метод обратного осмоса. Промышленным метод обратного осмоса стал после 1962 года, когда Лоэб и Сурираджан получили асимметричные ацетилцеллюлозные мембраны, имевшие тонкий и плотный активный слой с узкими порами и толстый слой с широкими порами.

Фактической толщиной такой мембраны является толщина активного слоя, и поэтому поток через мембрану значительно больше, чем через однородную (изотропную) мембрану.

Явление осмоса (греч. – толчок, давление) возникает, если, например, в левую секцию ячейки, показанной на Рис. 4 и разделенной селективной мембраной, поместить раствор, а в правую – чистую воду. Концентрация воды в правой секции будет больше, и она диффундирует в левую секцию, разбавляя раствор. Если мембрана полностью непроницаема для ионов или молекул растворенного вещества, то они не переносятся через мембрану. При этом односторонний поток молекул воды из правой секции в левую создает на мембране давление, которое называют осмотическим. Для осмотического давления Вант-Гофф получил уравнение (2)

(2)

– степень диссоциации электролита, – универсальная газовая постоянная, – абсолютная температура, – молярная концентрация раствора.

Например, для морской воды с концентрацией соли 0,6 моль/л осмотическое давление, рассчитанное по уравнению (2), имеет величину 29,3 атм. Для того чтобы поток воды изменил направление (поэтому метод назван обратным осмосом), необходимо, чтобы давление в левой секции превысило осмотическое, так как движущей силой процесса является разность приложенного к мембране и осмотического давлений.

В результате приложения силы большей, чем разность внешнего и осмотического давления, молекулы воды направятся против их градиента от меньших к большим концентрациям. Так как радиус молекулы воды 0,174 нм, а радиус гидратированного иона натрия имеет величину 0,180 нм, то идеальная мембрана должна иметь радиус в этом промежутке. Иметь жесткий радиус такой величины в текучих полимерных мембранах нельзя, поэтому изготавливают мембраны с ионогенными или полярными группами, которые при гидратации сокращают радиус пор.

В качестве мембран для обратного осмоса используют:

- ацетилцеллюлозные;

- полиамидные;

- полисульфоновые;

- полиимидные мембраны.

Из мембран для компактности делают рулоны, формируют из них полые волокна, что существенно увеличивает удельную производительность мембранных установок.