Введение
Мембрана, используемая для очистки воды Тонкопленочные композитные мембраны (TFC или TFM) представляют собой полупроницаемые мембраны, изготовленные для обеспечения селективности с высокой проницаемостью. Большинство ТФК используются в системах очистки воды или опреснения воды. Они также используются в химических приложениях, таких как газовое разделение, обезвоживание, батареи и топливные элементы. Мембрана TFC может рассматриваться как молекулярное сито, построенное в виде пленки из двух или более слоев материалов. Дополнительные слои обеспечивают прочность конструкции и низкую дефектную поверхность для поддержки селективного слоя, который достаточно тонкий, чтобы быть селективным, но не настолько толстый, чтобы он вызывал низкую проницаемость. ТФК мембраны для очистки воды обычно классифицируются как мембраны нанофильтрации (НФ) и обратного осмоса (РО). Оба типа обычно изготавливаются из тонкого слоя полиамида (<200 нм), наложенного на поверхность пористого слоя полиэфирсульфона или полисульфона (около 50 мкм) на поверхности нетканого тканевого подложки. Трехслойная конфигурация дает желаемые свойства высокого отторжения нежелательных материалов (например, солей), высокой скорости фильтрации и хорошей механической прочности. Верхний слой полиамида отвечает за высокий уровень отторжения и выбирается в первую очередь из-за его проницаемости для воды и относительной непроницаемости для различных растворенных примесей, включая ионы соли и другие небольшие, нефильтруемые молекулы. Хотя они еще не полностью коммерциализированы, ТФК также используются в других технологиях очистки воды, включая форвардный осмос, мембранную дистилляцию и электродиализ.
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.
История
Первая жизнеспособная мембрана обратного осмоса была сделана из ацетата целлюлозы как полностью склеенная асимметричная полупроницаемая мембрана. Эта мембрана была сделана Лоебом и Суриаджаном в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в 1959 году и запатентована в 1960 году. В 1972 году Джон Кадот из North Star Technologies (позже FilmTec Corporation) разработал первую мембрану из тонкопленочного композитного полиамида (TFC). Текущее поколение материалов для мембран обратного осмоса (RO) основано на композитном материале, запатентованном FilmTec Corporation в 1970 году (ныне часть DuPont). Сегодня большинство таких мембран для обратного осмоса и нанофильтрации используют полиамидный активный слой.
Структура и материалы
Как следует из названия, мембраны TFC состоят из нескольких слоев. Для мембран, предназначенных для опреснения, используется активный тонкий слой полиамида, сложенный полисульфоном, в качестве пористого вспомогательного слоя. Активные слои, как правило, чрезвычайно тонкие и относительно непропорциональные. Химия этих слоев часто придает избирательность. Между тем, поддерживающие слои, как правило, должны быть как чрезвычайно пористыми, так и прочными для более высоких давлений. Другие материалы, обычно цеолиты, также используются в производстве мембран TFC.
Ограничения
Тонкопленочные композитные мембраны обычно страдают от эффектов уплотнения под давлением. По мере увеличения давления воды полимеры слегка реорганизуются в более плотно прилегающую структуру, что приводит к снижению пористости, в конечном итоге ограничивая эффективность системы, предназначенной для их использования. В общем, чем выше давление, тем больше уплотнение. Поверхностное загрязнение: коллоидные частицы, заражение бактериями (биологическое загрязнение). Химический разложение и окисление.
Выступление
Производительность фильтрационной мембраны оценивается по селективности, химической стойкости, разности рабочего давления и скорости потока чистой воды на единицу площади. Из-за важности пропускной способности мембрана изготавливается как можно тоньше. Эти тонкие слои вводят дефекты, которые могут повлиять на селективность, поэтому конструкция системы обычно отменяет желаемую пропускную способность как в отношении селективности, так и в отношении эксплуатационного давления. В других областях, кроме фильтрации, могут доминировать такие параметры, как механическая прочность, температурная стабильность и электропроводность.