Ультрафильтрация

Под действием давления (0,5-5 бар) вода и низкомолекулярные соединения проходят через поры мембраны, образуя фильтрат (пермеат). Высокомолекулярные соединения, коллоидные частицы и взвеси задерживаются мембраной и концентрируются в исходном растворе, образуя концентрат (ретентат).

Ультрафильтрационные мембраны относятся к пористым мембранам, и в них задержка частиц определяется главным образом их размером и формой относительно размеров пор мембраны, а транспорт растворителя прямо пропорционален приложенному давлению.

В настоящее время большинство ультрафильтрационных мембран изготавливаются из полимерных материалов. Ниже представлены некоторые из них:

• полисульфон/полиэфирсульфон/сульфированный полисульфон;
• поливинилиденфторид;
• полиакрилонитрил;
• производные целлюлозы;
• полиимид/поли (эфирмид);
• алифатические полиамиды;

Полимерные мембраны отличаются гибкостью технологии производства и относительно невысокой стоимостью. Кроме указанных полимерных материалов, в качестве УФ мембран используются неорганические (керамические) материалы. Изготавливаются из оксидов алюминия, циркония или титана. Обладают высокой химической, термической и механической стойкостью, что позволяет использовать их в агрессивных средах и при высоких температурах^[1].

Ультрафильтрация имеет широкую область использования, связанную с задачами отделения высокомолекулярных от низкомолекулярных компонентов. Подобного рода задачи могут найти применение в следующих отраслях:

• пищевая и молочная промышленность (осветление и стабилизация соков, вин, концентрирование молока и выделение белка из молочной сыворотки при производстве сыров и творога, извлечение ценных компонентов из растительного сырья);
• водоподготовка и очистка (подготовка питьевой воды, удаление коллоидных примесей, бактерий и вирусов, предварительная очистка воды перед установками обратного осмоса, очистка промышленных стоков)^[2];
• фармацевтическая промышленность (очистка крови при почечной недостаточности, стерилизация и осветление растворов лекарственных препаратов, вакцин, сывороток, производство плазмы крови)^[3];
• текстильная промышленность;
• химическая промышленность (разделение эмульсий типа «масло-в-воде», концентрирование эмульсий и суспензий;
• металлургическая промышленность;
• производство бумаги;
• кожевенная промышленность.

Типичное применение ультрафильтрации — отделение макромолекулярных компонентов от раствора, причем нижний предел отделяемых растворенных веществ соответствует молекулярным массам в несколько тысяч. Для отделения растворенных веществ с молекулярными массами от нескольких сот до нескольких тысяч используется процесс, промежуточный между ультрафильтрацией и обратным осмосом, который называют нанофильтрация.