Кіріспе
Суды тазартуға арналған мембраналар Жұқа қабатты композиттік мембраналар (ТФК немесе ТФМ) - жоғары өткізгіштігі бар селективтілікті қамтамасыз ету үшін өндірілген жартылай өткізгіш мембраналар. ТФК-ның көпшілігі суды тазарту немесе тұзды суды тазарту жүйелерінде қолданылады. Олар сондай-ақ газдарды бөлу, ылғалсыздандыру, батареялар мен отын элементтері сияқты химиялық қосымшаларда қолданылады. ТҚҚ мембранасы екі немесе одан да көп қабатты материалдардан жасалған пленка түрінде жасалған молекулалық сырға деп қарастырылуы мүмкін. Қосымша қабаттар құрылымдық беріктікті және кемшіліктері аз бетті қамтамасыз етеді, бұл таңдамалы қабатты қолдауға жеткілікті, бірақ таңдамалы болу үшін жеткілікті, бірақ өте қалың емес, ол төмен өткізгіштікті тудырады. Суды тазартуға арналған ТФК мембраналар әдетте нанофильтрациялық (НФ) және кері осмостық (РО) мембраналар ретінде жіктеледі. Екі түрі де, әдетте, полиэфир сульфоны немесе полисульфонымен (шамамен 50 микрон) пішінді қабаты үстіне, тоқымасыз матадан жасалған тіреу табағының үстіне орналастырылған жұқа полиамид қабатынан (< 200 нм) жасалады. Үш қабатты конфигурация қалауы жоқ материалдарды (тұздар сияқты) жоғары қабылдамау, жоғары сүзгілеу жылдамдығы және жақсы механикалық беріктік сияқты қалаулы қасиеттерді береді. Полиамидтің жоғарғы қабаты жоғары кері қайтарылуына жауапты және негізінен суға өткізгіштігі және тұз иондары мен басқа да кішкентай, сүзгіленбейтін молекулаларды қоса алғанда, әртүрлі еріген қоспаларға салыстырмалы өткізбейтіндігі үшін таңдалады. ТФК әлі толық коммерцияланбаған болса да, басқа су өңдеу технологияларында, соның ішінде алдыңғы осмоста, мембраналық дәнекерлеуде және электродиализде қолданылады.
Thin film composite membranes (TFC or TFM) are semipermeable membranes manufactured to provide selectivity with high permeability. Most TFC's are used in water purification or water desalination systems. They also have use in chemical applications such as gas separations, dehumidification, batteries and fuel cells. A TFC membrane can be considered a molecular sieve constructed in the form of a film from two or more layered materials. The additional layers provide structural strength and a low defect surface to support a selective layer that is thin enough to be selective but not so thick that it causes low permeability. TFC membranes for water treatment are commonly classified as nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) membranes. Both types are typically made out of a thin polyamide layer (<200 nm) deposited on top of a polyethersulfone or polysulfone porous layer (about 50 microns) on top of a non woven fabric support sheet. The three layer configuration gives the desired properties of high rejection of undesired materials (like salts), high filtration rate, and good mechanical strength. The polyamide top layer is responsible for the high rejection and is chosen primarily for its permeability to water and relative impermeability to various dissolved impurities including salt ions and other small, unfilterable molecules. Although not fully commercialized yet, TFC's are also used in other water treatment technologies, including Forward osmosis, membrane distillation, and electrodialysis.
Тарих
Бірінші тиімді кері осмостық мембрана целлюлоза ацетатынан тұтас терісі бар асимметриялық жартылай өткізгіш мембрана ретінде жасалды. Бұл мембрананы 1959 жылы UCLA-да Лоеб пен Сурирайан жасаған және 1960 жылы патенттелген. 1972 жылы North Star Technologies (кейін FilmTec Corporation) компаниясының Джон Кадотті бірінші интерфазиялық полиамидті (IP) жұқа пленкалы композитті (TFC) мембрананы жасады. Реверс осмоз (RO) мембраналық материалдардың қазіргі буыны 1970 жылы FilmTec Corporation (қазіргі DuPont компаниясының бөлігі) патент алған композиттік материалға негізделген. Қазіргі кезде кері осмоз және нанофильтрация үшін мұндай мембраналардың көпшілігі полиамидті белсенді қабатты пайдаланады.
Құрылымы мен материалдары
Атауынан көрініп тұрғандай, TFC мембраналары бірнеше қабаттан тұрады. Тұзды тазартуға арналған мембраналар полисульфонмен қабатталған полиамидтен жасалған белсенді жұқа қабатты қабатты порозды қолдау қабаты ретінде пайдаланады. Белсенді қабаттар өте жұқа және салыстырмалы түрде тесікті емес. Бұл қабаттардың химиясы көбінесе іріктеп алуды береді. Осыған байланысты, тірек қабаттары өте көп саңылаулы және жоғары қысымға берік болуы керек. ТФК мембраналарын өндіруде басқа материалдар, әдетте цеолиттер қолданылады.
Шектеулер
Ұсақ пленкалы композиттік мембраналар қысым кезінде тығыздалу әсерінен зардап шегеді. Су қысымы өскен сайын полимерлер біршама қайта ұйымдастырылып, тығыз орналасатын құрылымға айналады, бұл төменгі пороздылыққа әкеледі, нәтижесінде оларды пайдалануға арналған жүйенің тиімділігін шектейді. Жалпы алғанда, қысым неғұрлым жоғары болса, тығыздалу да соғұрлым жоғары болады. Жер бетіндегі ластану: Коллоидты бөлшектер, бактериялардың жұғуы (биоластану). Химиялық ыдырау және тотығу.
Өнер көрсету
Сүзгі мембранасының өнімділігі селективтілігі, химиялық кедергісі, жұмыс қысымы айырмашылығы және бірлік ауданы бойынша таза су ағыны бойынша бағаланады. Өткіншіліктің маңыздылығына байланысты мембрана мүмкіндігінше жұқа етіп жасалады. Бұл жұқа қабаттар селективтілікке әсер ететін ақауларды енгізеді, сондықтан жүйелік дизайн әдетте селективтілікке және операциялық қысымға қарсы қажетті өткізу қабілетін сатып алады. Сүзгіден басқа қолданбаларда механикалық беріктік, температуралық тұрақтылық және электр өткізгіштігі сияқты параметрлер басым болуы мүмкін.