proces membranowy

opis

zastosowanie

mikrofiltracja
(microfiltration)
MF

proces ciśnieniowy (Δp = 0.1-5 bar), w którym membrana zatrzymuje cząstki o wielkości > 0.1 µm; mechanizm separacji - sitowy

usuwanie wirusów z roztworów, zatrzymywanie komórek w bioreaktorach,

klarowanie soków owocowych, usuwanie komórek z roztworów fermentacyjnych, oczyszczanie wody, filtracja powietrza, sterylizacja

ultrafiltracja
(ultrafiltration)
UF

proces ciśnieniowy (Δp = 0.5-10 bar), w którym membrana zatrzymuje cząstki o wielkości > 5 nm; mechanizm separacji - sitowy

zatężanie makrocząsteczek, oczyszczanie rozpuszczalników, frakcjonowanie makrocząsteczek, klarowanie, zatrzymywanie katalizatorów, usuwanie związków niskocząsteczkowych z roztworów np. protein, usuwanie komórek, ich szczątek z roztworów fermentacyjnych, usuwanie wirusów

nanofiltracja
(nanofiltration)
NF

proces ciśnieniowy (Δp = 10-30 bar), w którym membrana zatrzymuje cząstki o wielkości ok. 1 nm

demineralizacja, zmiękczanie wody, odzysk metali ze ścieków, obróbka wód odpadowych, oczyszczanie (przemysł farmaceutyczny, spożywczy, biotechnologiczny), usuwanie pestycydów, ciężkich metali, azotanów z wód gruntowych, recyrkulacja wody zużytej np. w pralniach

odwrócona osmoza
(reverse osmosis)
RO

proces ciśnieniowy (Δp = 10-100 bar), w którym membrana zatrzymuje związki małocząsteczkowe, jony

demineralizacja wody, produkcja ultraczystej wody dla potrzeb elektroniki,

odzysk metali ze ścieków

diafiltracja
(diafiltration)

różnica ciśnień

usuwanie soli lub rozpuszczalników z roztworów zawierających proteiny, peptydy, kwasy nukleinowe, etc.

permeacja (separacja) gazów
(gas permeation (separation)
GS

ciśnieniowa technika membranowa, w której podstawą rozdziału jest wielkość cząsteczki i rozpuszczalność gazu w membranie

Separacja N₂ z powietrza, separacja H₂, odzysk i ponowne wykorzystanie H₂ w szeregu procesów technologicznych, dehydratacja powietrza, wzbogacanie powietrza w O₂, usuwanie CO₂, H₂S z gazów wylotowych, separacja lekkich alkenów/alkanów, olefin/parafin

permeacja par
(vapour permeation)
VP

proces zbliżony do GS, wymagający membran odpornych na działanie par, o 10²-10⁴  większej przepuszczalności względem rozpuszczalnika niż względem powietrza

odzysk rozpuszczalników organicznych z powietrza, redukcja emisji VOC

perwaporacja
(pervaporation)
PV

proces separacji, w którym składnik(i) roztworu zasilającego (faza ciekła) przechodzi(ą) przez membranę do fazy gazowej (próżnia lub gaz obojętny)

Odwadnianie rozpuszczalników organicznych, w szczególności etanolu i izopropanolu, oczyszczanie wody, rozdział azeotropów, usuwanie lub odzysk lotnych związków organicznych z wody, rozdział mieszanin organicznych

hemodializa
(hemodialysis)
HD

proces separacji napędzany różnicą stężeń

usuwanie z krwi substancji toksycznych i niepożądanych metabolitów metodą dializy (leczenie niewydolności nerek, zatruć)

dializa dyfuzyjna
(diffusion dialysis)
DD, dD

proces separacji napędzany różnicą stężeń, wykorzystujący różnicę szybkości dyfuzji rozdzielanych składników mieszaniny w membranie

odzysk, oczyszczanie kwasów (H₂SO₄, HCl, HNO₃, HF, etc.), regeneracja roztworów potrawiennych i in.

dializa donnanowska
(Donnan dialysis)
DD

proces usuwania/zatężania danego jonu z wykorzystaniem monopolarnej membrany jonowymiennej, oparty na równowadze Donnana i interdyfuzji

zatężanie, usuwanie jonów

membrany ciekłe
(liquid membranes)
LM

proces rozdzielania/zatężania oparty na dyfuzji i reakcji

oczyszczanie ścieków przemysłowych i wód odpadowych, odzysk metali ze ścieków przemysłowych i in., gł. w hydrometalurgii (Cd, Cr(VI), Cu, Mo, Ni, Pd, Pu, U, ...), separacja związków organicznych, oczyszczanie aminokwasów i antybiotyków w przemyśle farmaceutycznym,

ekstrakcja membranowa
(membrane extraction)
ME

membrana pełni rolę obojętnego kontaktu między fazami; siłą napędową procesu jest różnica potencjałów chemicznych substancji w obu fazach

ciecz→ciecz przez M: usuwanie amin aromatycznych, alifatycznych i cyklicznych, związków fenolowych z wód odpadowych

absorpcja membranowa
(membrane absorption
MA

jak wyżej

gaz→ciecz przez M: usuwanie CO₂ z gazów spalinowych lub powietrza wewnętrznego, desulfuryzacja gazów spalinowych, usuwanie NH3 z gazów odlotowych, usuwanie rtęci z gazu ziemnego, klimatyzacja

desorpcja membranowa
(membrane desorption)

jak wyżej

ciecz→gaz przez M: usuwanie rozpuszczonych gazów z cieczy – zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu

destylacja membranowa
(membrane distillation)
MD

przenoszenie rozpuszczalnika z jednego roztworu do drugiego przez membranę liofobową, w której rozpuszczalnik przenoszony jest w postaci pary pod wpływem różnicy prężności jego par, wynikającej z różnych temperatur roztworów przymembranowych

produkcja ultraczystej wody, separacja VOC, zatężanie roztworów elektrolitów, soków

Destylacja osmotyczna
(osmotic distillation)
OD

w porównaniu do MD różnica prężności par rozpuszczalnika w OD wynika z różnych stężeń roztworów przymembranowych

zatężanie soków owocowych i warzywnych, wodnych roztworów farmaceutyków wrażliwych na wysoką temperaturę

elektrodializa
(electrodialysis)
ED

prądowa technika separacyjna z udziałem monopolarnych membran kationo- i anionowymiennych ułożonych naprzemiennie; stosowana gęstość prądu: 200-1000 A/m²

odsalanie wód zasolonych, produkcja soli z wody morskiej, denitryfikacja wód, demineralizacja i oczyszczanie roztworów enzymów, protein, aminokwasów, cukrów, odsalanie produktów mleczarskich, soków, oczyszczanie roztworów fermentacyjnych, stabilizacja win, regeneracja kąpieli galwanicznych

elektro-elektrodializa
(electro-electrodialysis)
EED

kombinacja elektrolizy z ED; powstające produkty są wynikiem selektywnego działania membran monopolarnych (kationo- i anionowymiennej) i reakcji elektrodowych

produkcja kwasów i zasad z ich soli

elektrodializa z membraną bipolarną
(electrodialysis with bipolar membrane)EDB

prądowa technika separacyjna z udziałem membran mono- i bipolarnych; powstające produkty są wynikiem selektywnego działania membran monopolarnych i rozszczepienia wody na H⁺ i OH^- w membranie bipolarnej; stosowane gęstości prądu 1000-2000 A/m²

produkcja kwasów i zasad z ich soli, produkcja kwasów organicznych, regeneracja roztworów trawiących

elektrodejonizacja
(electrodeionization)
EDI

dejonizacja wody z udziałem membran kationo- i anionowymiennych oraz mieszaniny kationitu i anionitu

usuwanie z wody jonów, krzemionki, CO₂, boru, produkcja ultraczystej wody

elektroliza membranowa
(membrane electrolysis)
ME

elektroliza z udziałem monopolarnej membrany jonowymiennej, zapobiegającej mieszaniu się roztworu katodowego z anodowym, stosowane gęstości prądu do 6000 A/m²

produkcja NaOH i Cl₂, odzysk metali, uwodornianie związków nienasyconych, utlenianie lub redukcja materii organicznej, produkcja H₂/O₂, regeneracja zużytych kąpieli galwanicznych

reaktor membranowy
(membrane reactor)
MR

reaktor chemiczny, w którym katalizator jest immobilizowany na lub w membranie, bądź jest zatrzymywany w roztworze reakcyjnym przez membranę; membrana może selektywnie przepuszczać produkt(y) zapewniając wyższy stopień przereagowania.

produkcja H₂, reakcje uwodorniania, utleniania, rozkładu, usuwanie azotanów z wody, oczyszczanie ścieków (bioreaktory membranowe)