فرایند جداسازی غشاء فرایندی است که در آن مولکول ها از نظر اندازه و یا مشخصات موجود تفکیک می شوند. نیروی محرک برای این نوع جداسازی اختلاف فشار در دو سمت غشا می باشد. از مزیت های این فرایند جداسازی می توان به کاهش هزینه های کلی و همزمان افزایش کیفیت محصول به دلیل کاهش ناخالصی های مورد نظر اشاره نمود. در ادامه با انواع غشا ها و کاربرد های آن ها بیشتر آشنا می شویم:
غشا ها چگونه کار می کنند؟
هنگامی که ماده ای را می خواهیم به کمک غشا ها جداسازی نماییم، این ماده به دو جریان نفوذ پذیر و نفوذ ناپذیر تقسیم می شود. با توجه به مشخصات غشا تنها بخشی از ماده (نفوذ پذیر) می تواند از منافذ آن عبور نماید و قسمت نفوذ ناپذیر از غشا عبور نمی کند و فرایند جداسازی انجام می شود.
منافذ موجود در این غشاها بسیار کوچک (در حد آنگستروم) می باشد و برای عبور مایع از بین این منافذ نیاز به اعمال فشار است. جالب است بدانید منافذ موجود در غشاهای فرایند اسمز معکوس و نانوفیلتراسیون آنقدر کوچک است که با میکروسکوپ های الکترونی روبشی نیز قابل مشاهده نمی باشند
انواع غشا ها؟
به طور معمول بر اساس نوع ماده ای که قرار است مورد جداسازی قرار بگیرد 4 نوع غشای مختلف بر اساس اندازه ی منافذ آن ها وجود دارد که عبارتند از: اسمز معکوس ، نانو فیلتراسیون ، اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون. در ادامه به شرح بیشتر این فرایند ها می پردازیم:
اسمز معکوس (RO) چیست؟
این فرایند برای اولین بار در سال 1748 توسط دانشمند فرانسوی به نام ژان آنتوان نولت مشاهده گردید. این سل بهترین سل شناخته شده برای عبور آب شناخته شده است.
در فرایند اسمز معکوس به منظور جداسازی مایعات از متراکم ترین غشای ممکن استفاده می گردد. در اصل در این نوع غشا ، آب تنها ماده ای است که می تواند از آن نفوذ کند و سایر مواد از قبیل باکتری ها ، اسپورها ، چربی ها ، پروتئین ها ، نمک ها ، قندها ، مواد معدنی و غیره قادر به عبور از آن نخواهند بود.
اندازه منافذ فیلتر های اسمز معکوس 0.0001 میکرون است در نتیجه آب که مولکولی ریز می باشد تنها ماده ای است که از آن عبور خواهد نمود.
کاربرد ها: اسمز معکوس اغلب برای نمک زدایی از آب دریا و یا آب های شور به منظور قابل شرب نمودن این آب ها و یا استفاده ی صنعتی از آن استفاده می شود. همچنین این فیلتر ها برای تصفیه فاضلاب و استفاده مجدد از آب مورد استفاده قرار می گیرد. از این غشا می توان برای از بین بردن فسفات ها ، کلسیم ، فلزات سنگین و سایر مواد نیز استفاده نمود.
نانوفیلتراسیون (NF) چیست؟
در نانو فیلتراسیون، مواد کوچک همانند مواد معدنی از منافذ کوچک موجود عبور داده می شود اما از عبور مواد درشت تر که اغلب ترکیبات آلی می باشند (مانند باکتری ها ، اسپور ها ، چربی ها ، پروتئین ها و قند ها ) جلوگیری به عمل می آید. این نوع غشا منافذ بازتری دارد و می تواند برخلاف اسمز معکوس ترکیبات دیگری علاوه بر آب را از خود عبور دهد.
الترافیلتراسیون (UF) چیست؟
اولترافیلتراسیون غشایی متشکل از منافذ بزرگتر نسبت به دو غشای فوق الذکر است. (تقریباً بین 0.1 تا 0.01 میکرون ). در الترافیلتراسیون فشار نسبتاً کمی اعمال می شود. نمک ها ، قندها ، اسید های آلی و پپتیدهای کوچکتر از غشا می توانند عبور کنند ، در حالی که پروتئین ها ، چربی ها و پلی ساکارید ها قادر به نفوذ پذیری از آن نخواهند بود.
در تصفیه آب ، فرایند اولترافیلتراسیون قادر است باکتری ها ، تک یاخته ها و برخی ویروس ها را از آب خارج کند.
-
ترکیب الترافیلتراسیون و اسمز معکوس:
در تأسیسات مرکزی پورتو در بوینس آیرس آرژانتین به منظور استفاده نمودن از آب رودخانه و استفاده ی صنعتی از آن ، دو غشای الترافیلتراسیون و اسمز معکوس با یکدیگر ترکیب گردیدند تا نمک موجود در رودخانه زدوده شود و از آن در بویلر های فشار قوی استفاده گردد. این عملیات جداسازی و استفاده از الترافیلتراسیون موجب کاهش رسوب و بالا رفتن کارایی دو غشا به مقدار چشمگیری گردید.
از کاربرد های همزمان استفاده از این دو فیلتر می توان به پساب معادن اشاره نمود. آبی که در معدن و به منظور استخراج مورد استفاده قرار می گیرد می تواند حاوی ذرات معلق زیاد و کلوئید های فراوانی باشد. فرایند الترافیلتراسیون می تواند این ترکیب ها را جدا نماید و آب مورد استفاده را برای تصفیه با کمک اسمز معکوس آماده سازد. در بعضی مواقع لازم است تا آب دو مرتبه از فیلتر های اسمز معکوس عبور داده شود تا کاملا تصفیه گردد.
میکروفیلتراسیون (MF) چیست؟
در میکروفیلتراسیون که بزرگترین منافذ غشایی را دارا می باشد مواد جامد معلق ، باکتری ها و گلبول های چربی تنها موادی هستند که اجازه عبور از این نوع غشا را ندارند.در نتیجه از میکروفیلتراسیون برای جداسازی این مواد از ترکیب مورد نظر استفاده می نمایند.
غشاهای میکرفیلتراسیون بسته به غشای انتخاب شده دارای منافذی در حدود 0.08 تا 0.5 میکرومتر می باشند.
این غشا ها از چه موادی ساخته شده اند؟
همانطور که گفته شد این غشا ها به عنوان جدا کننده (مواد حامل) عمل می نمایند. این مواد حامل، اغلب از جنس سرامیک و یا پلیمر ها می باشند
در نانو فیلتراسیون و اسمز معکوس از غشاهای متراکم تر استفاده می شود. جداسازی در این فیلتر ها از طریق فرایند انتشار صورت می پذیرد. در همه ی فیلتر های نام برده شده در بالا، نیروی محرک برای انجام فرایند جداسازی فشار دیفرانسیل می باشد. در فرایند میکرو و الترا فیلتراسیون فشار مورد نیاز حداکثر 2 بار می باشد ، در نانوفیلتراسیون فشار مورد نیاز حداکثر 8 بار و در فرایند اسمز معکوس به فشاری در حدود 60 بار نیاز است.
غشاهای مورد استفاده معمولا از پلاستیک (به عنوان مثال پلی اترسولفون ، PVDF ، …) یا سرامیک (اکسید آلومینیوم ، کاربید سیلیکون ، …) تشکیل شده اند. غشاهای سرامیکی معمولا به دلیل فرایند ساختی که دارند گرانتر از غشاهای پلیمری می باشند. با این وجود نفوذ پذیری بالاتر و مقاومت شیمیایی بهتری نیز نسبت به غشاهای پلیمری از خود نشان می دهند
