Для получения мембран используют физические свойства расплавов – текучесть под давлением и сохранение формы без давления. Поэтому самый распространенный способ формования – экструзия через фильеру. На рисунке 4.31 показана схема получения плоской мембраны.
Рис.4.31. Схема получения пленки из расплава полимера:
1 – экструдер; 2 – охлаждающие барабаны; 3 – обрезка кромок; 4 – тянущие валки; 5 – направляющие валки; 6 – намоточное устройство
Выдавливаемый через плоскую щель расплав полимера в виде непрерывного плоского полотна попадает на поверхность вращающегося охлаждаемого барабана, огибает его, протягивается через тянущие валки, проходит через устройство для обрезки кромок и сматывается в рулон.
Качество полупроницаемой мембраны для диффузионных процессов определяется степенью кристалличности пленки, которая регулируется температурой нагрева расплава, скоростью охлаждения, введением в расплав зародышей кристаллитов, добавлением пластификаторов.
Пористую структуру мембран формируют добавлением в расплав порообразователей и их последующим вымыванием.
По такой технологии изготавливают микрофильтрационные мембраны.
Особняком стоит технология ионообменных или ионитовых мембран.
Ионообменными называются материалы, представляющие собой высокомолекулярные соединения, молекулы которых содержат ионогенные группы, т.е. группы, способные к диссоциации и обмену подвижных ионов на ионы других соединений в растворе. Они изготавливаются и используются в виде гранул, волокон, листовых мембран и водных растворов. Бывают иониты неорганического происхождения, но они в виде мембран не используются. Синтетические иониты, имеющие трехмерную структуру макромолекул, не растворяются в воде. В зависимости от знака заряда обменивающихся ионов они делятся на катиониты и аниониты.
|
|
Ионный обмен с участием ионитов можно рассматривать как гетерогенную химическую реакцию. Катиониты проявляют свойства поликислот, аниониты – свойства полиоснований (рис.4.32).
Рис. 4.32. Схема устройства катионообменной мембраны
Ионитовые мембраны представляют собой тонкие пленки, состоящие из нерастворимого в воде ионита или из связующего и ионита. В зависимости от состава они делятся на гомогенные, состоящие только из ионообменного полимера и гетерогенные, состоящие из зерен ионообменного компонента, диспергированных в инертном связующем.
Наибольшее промышленное применение находят сегодня гетерогенные ионитовые мембраны. Получают их часто на основе полиэтилена, в расплав которого вводят измельченный порошок ионита. На рис.4.33 представлена схема. Она начинается стадией подготовки ионита, где ионит сначала поступает на мойку соляной кислотой, едким натром, обессоленной водой (1).
На центрифуге 2 происходит отделение промывной жидкости, и через бункер 3 ионит поступает на сушку 4 и в мельницу 6. Полиэтилен расплавляют в аппарате 7 и дозируют на весах 8, где он уже смешивается с ионитом. Равномерность смешения достигается в смесителе 9. На вальцах 10 и 11 происходит формование пленки из расплава ПЭ. Дальше она охлаждается в воздушном теплообменнике 14 и разрезается на листы в 15.
Для усиления механических свойств мембрану часто армируют. Армировку в виде ткани из полимерного материала вводят либо на стадии вальцевания, либо прессованием в прессе 17. Далее следует операция упаковки.
|
|
В качестве нейтральных термопластов используют ПЭ, ПА, ПП, сополимеры и ПВХ ткани, ткани из полиэфиров целлюлозы и других материалов.
Рис.4.33. Схема процесса производства гетерогенных ионитовых мембран:
1 – колонный фильтр; 2 – центрифуга; 3 – бункер; 4 – камерная сушилка; 5 – бункер;
6 – струйная мельница; 7 – бункер для полиэтилена; 8 – весы; 9 – смеситель; 10 – вальцы; 11 – каландр; 12 – раскаточные устройства; 13 – транспортер; 14 – охлаждающие барабаны; 15 – резательный станок; 16 – стол; 17 – гидравлический пресс;
18 – упаковочный стол