Теоретические и прикладные основы электробаромембранных методов разделения многокомпонентных растворов. Лазарев С.И. - 20 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Нами изучалось влияние на процесс разделения следующих параметров: природы растворённого вещества и его
концентрации, рабочего давления и некоторых других. Графики зависимостей удельной производительности мембран
МГА-95К и ОПМ-К от концентраций исследованных растворов и рабочего давления приведены на рис. 3.5 – 3.10.
Как видно из приведённых графиков, удельная производительность мембран существенно зависит от их вида, кон-
центрации и природы растворённого вещества, а также от рабочего давления. Производительность мембраны ОПМ-К
значительно выше, чем у мембраны МГА-95К (при прочих равных условиях). Данный эффект очевидно связан с различ-
ным видом взаимодействия растворённого вещества с активным слоем мембраны, а также с различиями в пористой
структуре активного слоя мембран [7, 15, 70].
В результате проведённых исследований выявлены общие закономерности влияния различных факторов на процесс
разделения: удельная производительность мембран снижается при росте концентрации разделяемого раствора, при уве-
личении рабочего давления удельная производительность повышается.
Рассмотрим влияние концентрации и природы растворённого вещества на удельную производительность мембран
при разделении многокомпонентного водного раствора анилина и уротропина.
При фиксированной концентрации анилина и росте концентрации уротропина снижение удельной производитель-
ности обусловлено влиянием осмотического потока, вызванного увеличением концентрации уротропина в растворе, и
сорбцией уротропина мембраной. Дальнейшее увеличение концентрации анилина приводит к снижению удельной произ-
водительности из-за сорбции молекул анилина поверхностью пор мембраны. Как показали экспериментальные исследова-
ния
(см. рис. 3.5 и 3.6), определяющее влияние на падение удельной производительности оказывает повышение концентрации
анилина в растворе.
Объяснение данного эффекта можно дать, исходя из сорбционной гипотезы мембранного разделения [71]. Известно
[11, 10, 61, 71, 72], что в мембранных системах существуют следующие виды взаимодействий: растворенное вещество –
растворитель, растворитель – мембрана, растворённое вещество – мембрана. Вероятно, для исследованных систем опреде-
ляющим взаимодействием является взаимодействие растворённого вещества с материалом активного слоя мембраны, о чём
косвенно свидетельствуют результаты сорбционных измерений. Для сильно сорбирующихся веществ (анилин) наблюдает-
ся значительное снижение удельной производительности, для слабо сорбирующихся (уротропин) удельная производитель-
ность снижается в меньшей степени. Аналогичные результаты наблюдались другими исследователями [45, 71, 73 – 75] при
обратноосмотическом разделении водных растворов органических веществ.
Вероятно, анилин как сильно полярное низкомолекулярное органическое вещество сорбируется поверхностями пор
мембраны и уменьшает свободное сечение пор (располагаясь плоскостью бензольного кольца перпендикулярно поверхно-
сти [62, 63, 65]). При росте концентрации внешнего раствора возможно полное «блокирование» наиболее мелких пор, что в
совокупности и приводит к резкому снижению удельной производительности.
Уротропин является хорошо растворимым в воде низкомолекулярным органическим веществом и сорбируется мем-
бранами в незначительных количествах [64]. В связи с этим при увеличении концентрации данных веществ в растворах
удельная производительность снижается в меньшей степени.
Следует отметить, что кроме уменьшения сечения пор на удельную производительность влияет повышение осмоти-
ческого давления раствора и, как следствие, осмотический поток растворителя. Направление осмотического потока зависит
от коэффициента задержания мембран и значений коэффициента распределения [65]. Для веществ (уротропин), коэффици-
ент задержания мембран по которым высок, наблюдаются значительные величины осмотического потока (см. ниже), кото-
рый вносит существенный вклад в снижение удельной производительности. Для ограниченно растворимого анилина, в
случае мембраны МГА-95К, влияние осмотического потока невелико.
Рис. 3.5. Зависимость удельной производительности многокомпонентного
водного раствора анилин + уротропин в зависимости от концентраций анилина и уротропина:
концентрации анилина С
а
, кг/м
3
:
1 – 0,4; 2 – 3,12; 3 – 6,25; 4 – 9,5; 5 – 12,5
G
⋅
10
6
, м
3
/м
2
с
3,75
2,5
1,25
0
0 6 12 C
у
, кг/м
3
1
2
3
4
5

Страницы