Концентраційна поляризація

При поділі розчинів і суспензій за допомогою напівпроникних мембран, через мембрану переважно проходить розчинник. При цьому концентрація розчиненої речовини в прикордонному шарі біля поверхні мембрани збільшується. Підвищення концентрації відбувається до тих пір, поки під дією виникає градієнтаконцентрацій розчиненої речовини між поверхнею мембрани і обсягом розчину не встановиться динамічна рівновага.

Явище утворення біля поверхні мембрани прикордонного шару, в якому концентрація розчиненої речовини більше, ніж в основному об’ємі розчину, отримало назву концентраційної поляризації. Вплив концентраційної поляризації на фільтрацію завжди негативно з наступних причин:

– Знижується ефективне тиск внаслідок збільшення осмотичного тиску розчину, що визначається концентрацією саме в прикордонному шарі. Це призводить до зниження, як швидкості процесу, так і селективності, скорочується термін служби мембран, який в значній мірі залежить від концентрації розчиненого речовини.

– Концентраційна поляризація пов’язана з утворенням прикордонного шару, що відокремлює поверхню мембрани від розчину в об’ємі. Товщина цього шару в загальному випадку визначається гідродинамічними умовами в установці – інтенсивністю перемішування і швидкістю руху потоку. Профіль концентрації цього шару залежить від режиму руху розчину.

Розрізняють два режими концентраційної поляризації:

– Предгелевий, коли концентрація у поверхні мембрани Cw нижче концентрації гелеобразования Cg;

– Режим гелевою поляризації, коли Cw == Cg, і на мембрані утворюється шар гелю.

Освіта гелю на поверхні мембрани призводить до різкого падіння проникності і зростанню затримує здатності мікрофільтраційних мембран. Однак існує припущення, що зниження проникності при концентраційної поляризації мембрани досягається не повним блокуванням її пір шаром гелю, а їх модифікацією гелем таким чином, що ефективні розміри всіх пір зменшуються на деяку постійну величину R. Утворюється так звана динамічна гелева мембрана. При цьому в зменшених порах мембрани реалізується класичний капілярно-фільтраційний механізм поділу.

Вважається також, що для виникнення концентраційної поляризації розміри фільтровану частинок повинні забезпечувати «критичний» ставлення розмірів частинки і пори, характеризує перехід з предгелевого в гелевий режим концентраційної поляризації внаслідок збільшення коефіцієнта затримання.

Для зменшення шкідливого впливу концентраційної поляризації на процес мікрофільтрації використовують різні способи: підвищують температуру (внаслідок чого знижується в’язкість і збільшується концентрація гелеобразования), застосовують електричне поле, вживають високі швидкості тангенціального потоку і пульсаційні режими фільтрації.

Посилання на основну публікацію