Ультрафильтрация. Принцип работы аппарата «фильтр - пресс».

Методы мембранного разделения условно делятся на микро-ультрафильтрацию, обратный осмос, испарение через мембраны, диализ. Наибольшие успехи, с точки зрения эффективности и технологичности разделения (отделения твердых примесей), достигнута помощью обратного осмоса и ультрафильтрации. Разделение частиц дисперсной системы под действием электрического поля можно отнести к электрохимическим методам.

Осмос - процесс, широко распространенный в природе. Суть его сводится к односторонней диффузии растворителя через полупроница­емую перегородку между растворами равной концентрации. Осмос слу­жит для отделения твердых частиц при незначительных объемах жид­кости из отходов гальванических, химических, фармацевтических производств, содержащих пригодные к повторному использованию металлы, мономеры, димеры, лекарственные препараты и пр.

Устройства для обратного осмоса и ультрафильтрации делятся способу укладки мембран в объеме.

Аппараты типа "фильтр-пресс" с плоскими мембранами наиба распространены в настоящее время, отличаются сравнительной простотой изготовления деталей и сборки, но также и невысокой удель­ной производительностью вследствие малойплотности укладки, мембран. Такие аппараты состоят из плотно сжатых между двумя фланцами плоских фильтрующих элементов прямо­угольной или круглой формы, разделенных тонкими (например, паронитовыми) прокладками. Последние образуют периферийные стенки ка­налов для прохода концентрируемой жидкости вдоль мембран. Филь­трующий элемент составлен из опорно-дренажной пластины, воспринимающей высокое давление и обеспечивающей от­вод фильтрата. Опорно-дренажные пластины выполняются пористыми (из прессованных порошков полимеров, металлов, керамики), а также из сочетания различных материалов или сплошными (например, из винипласта), но с фрезерованными или сверлеными ка­налами для отвода фильтрата. Полупроницаемые мембраны в таких ап­паратах - обычно полимерные пленки: ацетатцеллюлозные, нитроцеллюлозные, поливинилхлоридные, поликарбонатные, нейлоновые и т.д. Материал мембран вообще не является специфичным для каждой конс­трукции существующих аппаратов.

 

Электрохимические методы отделения твердой фазы. Сущность метода

Электрофлотации. Особенности процесса электрофореза. Образование

ДЭС в мицелле. Схема процесса электроосмоса.

Сущность метода электрофлотации состоит в том, что удаление твердых частиц дисперсной фазы осуществляется путем флотации их тонкодиспергированными пузырьками водорода и кислорода, образующимися в результате электролиза водной части осветляемой жидкости. При этом на катоде происходит реакция:

2 Н₂0 + 2 е -> Н₂ + 2 ОН^-.

Образовавшиеся ОН" - ионы движутся в направлении анода, где отдают свой заряд с выделением кислорода:

4 ОН- -4ё -> 2 Н₂0 + 0₂.

Использование газов, выделяющихся при электролизе воды, приводит

к изменению флотационных свойств в большей степени, чем использование обычных молекулярных газов, так как в момент образования эти газы более активны и выделяются в тонкодиспергированном виде.

Электрофорез и электроосмос

Наличие у частиц дисперсных систем электрического заряда было открыто еще в 1808 г. Процесс переноса частиц в электрическом поле получил название электрофореза. Процесс переноса жидкости при приложении разности потенциалов через пористую перегородку назван электроосмосом. Причем установлено, что количество жидкости, прошедшей через пористую перегородку пропорционально силе тока, и при постоянной силе тока не зависит от площади сечения или толщины перегородки.

Причина обоих явлений одна и та же - наличие разноименных зарядов у твердой и жидкой фазы. В зависимости от того, что является неподвижным жидкость или твердая поверхность, - наблюдается передвижение твердой фазы (электрофорез) или жидкости (электроосмос).

При электрофорезе (рис. 3.5) в результате возникновения электрического поля между электродами, благодаря малому размеру частиц дисперсной фазы, происходит перенос отрицательно заряженной дисперсной фазы к положительному электроду. При электроосмосе (рис.З.б) пол влиянием электрического поля по капиллярам перегородки к отрицательному электроду передвигается положительно заряженная жидкость.

Заряд на частицах, проявляющийся при электрофорезе, обусловлен наличием на их поверхности двойного электрического слоя (ДЭС) из ионов, возникающего либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, либо за счет ионизации поверхностных молекул вещества. При действии электрического поля на частицы, несущие двойной электрический слой, происходит явление, напоминающее электролиз. Если дисперсная фаза заряжена отрицательно, коллоидные частицы вместе с адсорбированными на них отрицательными потенциал-определяющими ионами движутся к аноду, а положительно заряженные противоионы - к катоду. Если дисперсная фаза заряжена положительно, направление движения частиц и ионов меняется на обратное.

Аналогичное объяснение имеет явление электроосмоса. ДЭС в этом случае образуется на внутренней поверхности капилляров перегородки либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, присутствующего в жидкости, заполняющей капилляр, либо ионизации молекул вещества, из которого состоит капилляр, либо в - результате адсорбции на поверхности капилляра ионов ОН^- и Н⁺. При наложении на капилляр электрического поля слой противоионов в капилляре будет смещаться параллельно неподвижному слою потенциал-определяющих ионов к катоду, что вызовет и перемещение к катоду всей жидкости, заполняющей капилляр, под действием сил трения и молекулярного сцепления.