Презентация "Мембранное материаловедение" по физике – проект, доклад

Мембранное материаловедение проф. д.х.н. Ямпольский Ю.П. д.х.н. Алентьев А.Ю. ИНХС РАН

1. Введение в мембранные процессы разделения. Классификация мембран и мембранных процессов.

МЕМБРАНА: ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Мембрана – перегородка, разделяющая различные по составу жидкие или газообразные фазы, способные под действием приложенной движущей силы к селективному переносу компонентов разделяемых фаз.

Более строгое

Мембрана – это фаза или группа фаз, которые разделяют две различные фазы, отличающиеся физически или химически от фаз мембраны; под действием приложенного силового поля свойства мембраны позволяют ей управлять процессами массопереноса между разделяемыми фазами.

Двухфазная система, разделяемая мембраной

Сырье Мембрана Пермеат Фаза 1 Фаза 2 Движущая сила ΔC, ΔP, ΔT, ΔE

Главные свойства всех мембран

Проницаемость Селективность Стабильность

ТОПОЛОГИЯ МЕМБРАН

Плоские Цилиндрические: полые волокна или капилляры Оболочки: биологические (клеточные) мембраны, везикулы, эмульсионные мембраны

Плоские мембраны

Полые волокна

ОБОЛОЧКИ

Эмульсионные мембраны

ТИПЫ МЕМБРАН

Биологические: Клеточные – транспорт ионов, выведение продуктов метаболизма, подача кислорода, передача сигналов и т.д. Макроскопические мембраны – почка (диализ), легкое (пертракция). Синтетические (технологические)

Ионные каналы в клеточных мембранах

Roderick Mac Kinnon Нобелевская премия по химии, 2003

Ионный канал для K (бактерия Streptomyces lividans)

СИНТЕТИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ

Полимерные Неорганические: Керамические Углеродные Цеолитные Стеклянные Металлические

Механизм транспорта в пористых и непористых мембранах

Полимерная мембрана - предшественник

Углеродная мембрана

Размеры окон цеолитов

Получение композиционных цеолитных мембран

Микрофотография цеолитной мембраны

Агрегатное состояние мембран

Твердые: полимерные, неорганические. Жидкие: импрегнированные жидкие, эмульсионные, истинно жидкие.

Схема двух типов жидких мембран

Жидкая мембрана

Пористая подложка

Жидкость

Механизм транспорта

Пассивный Активный

Принцип активного транспорта

Активный транспорт с подвижными и фиксированными носителями

Механизмы транспорта с носителем

А C АC B BC

Облегченный транспорт

Транспорт против градиента

Пассивный транспорт

Сопряженный транспорт

Различные морфологии мембран

Асимметричные мембраны

Симметричные мембраны

Пористые мембраны

Непористые мембраны

l=0,2μ

Плотный поверхностный слой “Skin”

Мембрана ПВТМС (ИНХС РАН)

Различные типы композиционных мембран

Мембранные процессы

Обратный осмос, ультрафильтрация, микрофильтрация, диализ

Баромембранные процессы

Размеры разделяемых молекул

Расход воды на душу населения : 1000 м3/год

Бытовые нужды: 9% Промышленность: 23% Сельское хозяйство: 68%

ПОТРЕБНОСТЬ В ВОДЕ

МЕМБРАННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ

Микрофильтрация

Ультрафильтрация

Композиционная ультрафильтрационная мембрана

АСИММЕРИЧНАЯ МЕМБРАНА

Осмос Обратный осмос

Диализ

Получение трековых мембран

Микрофотография трековой мембраны

Газо-и пароразделение

Газоразделение

Первапорация, мембранная дистилляция

Первапорация

Мембранная дистилляция

Пертракция

Электродиализ

Получение хлора и щелочи

ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Nafion Nafion/PTFE

Протонпроводящие мембраны

Принцип мембранного разделения

CA=CB CA> CB CA< CB

Плоскорамный модуль

Потоки в плоскорамном модуле

Спиральный модуль

Половолоконный модуль

Retentate Permeate Feed Hollow fibers

Конфигурация модуля

Преимущества мембранных процессов

Низкие энергозатраты Непрерывность процесса разделения Легкость масштабирования Мягкие условия разделения Простота сочетания с другими процессами Свойства мембран можно регулировать!

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ

Внешний контроль Масштабирование Гибкость Цена продукции Расход энергии Отходы

Громоздкое оборудование