Класификация на обратноосмотичните мембрани

Единна универсална система за класификация на обратноосмотичните мембрани не съществува, поради което различни автори и производители предлагат различни класификационни системи. Условно обратноосмотичните мембрани се класифицират както следва:

1. Според предназначението им – мембрани за десолинизация (т.е. задържане на разтворените във водата електролити и ПАВ), мембрани за освежаване на морска вода и мембрани за разделяне на органични течности и др.

2. Според техните геометрични форми – мембрани във формата на фолии (листа, film membranes) и като мембрани във формата на кухи влакна.

3. Според начина на получаване – мембрани, получени:

   • чрез формоване от разтвори или разтопени полимери;
   • чрез образуване на полиелектролитни комплекси в разтвор или върху подложка;
   • чрез нанасяне или напръскване на активна матрица върху подложка;
   • чрез химично свързване на активни групи към инертна матрица;
   • чрез натриване и последващо измиване на разтворените компоненти;
   • чрез утаяване върху подложка на продуктите от хидролиза на соли на многовалентни метали, суспензии на алумосиликати, разтвори на полиелектролити и др.

4. Според морфологията или структурата им – порести и непорести, симетрични и асиметрични; с твърд скелет и без такъв, изотропни, анизотропни, композитни (съставни) и импрегнирани и др.

5. Според размера и знака на заряда им – силно и слабо заредени, катионитни (с отрицателен) и анионитни (с положителен фиксиран заряд).

Подробно описание на основните видове мембрани може да се намери в специализираната литература. Тук ще се спрем само на характеристиките на мембраните, които по един или друг начин влияят на процеса на обратна осмоза.

Големината на потока, който преминава през мембраната за обратна осмоза, е толкова важна характеристика, колкото и нейната селективност спрямо различни видове разтворени вещества. Ако изборът на материал за основа на мембраната се основава на характеристичните разделителни свойства на материал-разтворител, то потокът през приготвената от този материал мембрана може да се увеличава/намалява чрез намаляване/увеличаване на дебелината на мембраната. В този контекст зависимостта на потока, който преминава през мембраната, от дебелината й може да се разглежда като приблизително обратнопропорционална на дебелината на мембраната.

Поради тази причина повечето мембрани за обратна осмоза са изпълнени като асиметрични: с плътен горен слой (с дебелина до 1 микрометър) и пореста подложка отдолу (с дебелина 50-150 микрометра). Съпротивлението на преминаване в такива мембрани е определено предимно от плътния горен слой.

Важен клас асиметрични мембрани за обратна осмоза, получавани по метода на инверсия на фазата, са естерите на целулозата, конкретно диацетатът и триацетатът на целулозата. Тези материали са изключително подходящи за десоленизация, тъй като са високопроницаеми за вода в комбинация с много ниска проницаемост за соли. Въпреки това, ако тези свойства на мембраните, получени от тези материали, са достатъчно добри, тяхната устойчивост спрямо химически реактиви, температура и бактерии е много ниска. За да се предотврати хидролизата на полимера, такива мембрани обикновено се предпочита да се използват в тесен диапазон от условия: при pH 5~7 и температура под 30°C.

Сред другите материали, които често се използват за обратна осмоза, се ароматниje полиамиди. Тези материали също притежават висока селективност към солите, но потокът на вода през тях е малко по-нисък. Полиамидите могат да бъдат използвани в по-широк диапазон на pH, около 5~9. Основният недостатък на полиамидите (или полимерите с амидни групи като цяло) е тяхната чувствителност към свободния хлор (Cl), който предизвиква разграждането на амидната група. Въпреки това филмите от такива материали имат доста голяма дебелина до 150 микрометра. Толкова дебели филми на мембрани водят до рязко намаление на скоростта на преминаване. Въпреки това този ефект се компенсира от изключително голямата повърхност на мембраната на единица обем: специфичната повърхност достига 30000 м2/м3.

Третият клас от използвани мембрани включва бензимидазоли, полибензимидазолони, полиамидогидразиди и полиимиди. Тези материали обаче са много специфични и се използват за производство на мембрани с определени свойства. Разграничават се два типа асиметрични мембрани със следната структура:

1. Интегрални или асиметрични мембрани
2. Композитни мембрани

В асиметричните мембрани както горният, така и долният слой са от един и същ материал. Тези мембрани се получават чрез метода на инверсия на фазата. Важно е този полимерен материал, от който се получава мембраната, да може да се разтваря в някой растворител или смес от растворители. Тъй като повечето полимери са разтворими в един или повече растворители, може да се произвеждат асиметрични мембрани почти от всякакъв материал. Това, разбира се, не означава, че всички такива мембрани ще бъдат подходящи за обратна осмоза.

В композитните мембрани горният работен слой и подложката под него са направени от различни полимерни материали, което позволява оптимизация на всяка част поотделно. Първата стъпка при получаването на композитна мембрана е приготвянето на пористата подложка. Важни характеристики на подложката са повърхностната й порестост и разпределението на порите по размери. Като подложка често се използват ултрафилтрационни мембрани.

В настоящия момент на пазара има мембрани от два основни типа, произведени от ацетилцелулоза (смес от моно-, ди- и триацетат) и от ароматни полиамиди. Кратките физико-химични характеристики на тези мембрани са дадени в Таблица 1.

Таблица 1. Сравнителни характеристики на ОО-те мембрани