Determinarea Membranelor

I. INTRODUCERE

Cercetări asupra membranelor au fost realizate încă din secolul XVIII de către cercetatori savanţi precum Abbeé Nolet, Van Hoff, aceştia realizând cerceătri şi studii asupra tipurilor de membane şi a altor caracteristici printre care se numără şi porozitatea acestora, dimensiunea porilor, etc.

Porozitatea este o caracteristcă comună tuturor membranelor pentru separări din faza lichidă cu gradient de presiune şi concentraţie.

Porozitatea se poate defini prin relaţia:

ε =

V- volumul aparent al membranei;

ε – porozitatea;

V’- volumul real al membranei.

Porozitatea se poate exprima procentual reprezentând procentul volumului liber în membrane de volum real V, fie ca volum poros total raportat la unitatea de masă de membrane cand aceasta devine volum poros specific şi se măsoara în m³/g.

Porozitatea poate fi:

- totală – reprezintă volumul însumat al tuturor porilor accesibili pentru calcul şi determinare printr-o metodă dată;

- efectivă – reprezintă partea din volumul poros total peremeată de gaze şi lichide într-un proces de membrane;

- eficace – este dată din procentul de volum poros din porozitatea totală care ia parte la transferul de masă şi corespunde sumei volumului porilor ce comunică pe cele două suprafeţe a unei membrane.

II. CARACTERIZAREA MATERIALELOR POROASE

Aria de aplicare a tehnologiilor cu membrane este deosebit de vastă, ea plecând de la desalinizarea apei de mare, sterilizarea apei şi a aerului, resuperarea substanţelor utile din efluenţi, depoluarea apelor reziduale, recuperarea proteinelor şi ajungand la realizarea rinichiului, pancreasului şi plămânului artificial.

Conceptul de mărime a porilor constituie caracteristica cea mai utilizată la membranele poroase.

Pentru a evita confuzia în definirea membranelor poroase, se utilizează termenul „poros” atât pentru membranele de microfiltrare cât şi pentru cele de ultrafiltrare, în locul definiţiei utilizate frecvent de microporoase. Definiţia de poros este în acord cu definiţiile adoptate de IUPAC:

-macropori > 50 nm;

- mezopori 2 < marimi pori < 50 nm;

- micropori < 2 nm.

Conform definiţiilor adoptate de IUPAC membranele de microfiltare (MF) sunt medii poroase conţinând macropori, membranele anizotrope de ultrafiltare (UF) sunt medii poroase conţinând mezopori, iar cele destinate nanofiltrârii (NF) şi osmozei inverse (OI) sunt medii poroase conţinând micropori.

Abordarea teoretică a structurii şi performanţei membranei necesită includerea parametrilor structurali şi de performanţă într-un model unitar. Elaborarea unui astef de model este foarte dificilă, singurul model consistent realizându-se în cazul dializei. Aceasta se datorează nu numai structurii explicite a membranei ci şi complexităţii mecanismelor de transport şi fenomenelor interferente cum este polarizarea de concentraţie care conduce la colmatare. Mason şi Wendt au explicat dificultatea elaborării de modele prin faptul că un parametru specific de performanţă poate fi atins de mai multe structuri membranare. Teoria elaborată de Mason este bazată numai pe modelare matematică; rezultatele acesteia nu includ fenomene interferente, cum ar fi polarizarea ce concentraţie.

În consecinţă, parametrii determinaţi în cursul procesului de caracterizare dau o estimare generală a structurii şi proprietăţilor de transport a membranei, însă nu pot anticipa comportarea membranei în separarea sistemelor reale. Din acest punct de vedere determinarea parametrilor structurali constituie primul pas către „caracterizarea totală” a membranei. Aceasta s-ar putea realiza prin combinarea diverselor tehnici experimentale pentru determinarea morfologiei şi performanţelor în exploatare.

Principalele metode de caracterizare sunt înscrise în tabelul 1.

O parte a acestor tehnici experimentale nu se folosesc în mod curent, fiind încă în studii de cercetare-dezvoltare.