ZESZYTY NAUKOWE
POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ
MICHAŁ BODZEK
JOLANTA BOHDZIEWICZ
MEMBRANY W BIOTECHNOLOGII
INŻYNIERIA ŚRODOWISKA
Z. 35
GLIWICE
1993
POLITECHNIKA SLĄSKA
ZESZYTY NAUKOWE Nr 1192
MICHAŁ BODZEK
JOLANTA BOHDZIEWICZ
MEMBRANY W BIOTECHNOLOGII
GLIWICE 1993
O P IN IO D A W C Y Prof. E ugenia K ow alska Prof. dr hab. n. m ed. B o lesła w T urczyński
K O L EG IU M R E D A K C Y JN E
R E D A K T O R N A C Z E L N Y - Prof. dr hab. inż. Jan Bandrow ski R E D A K T O R D Z IA Ł U - Dr inż. H elena K ościeln iak S E K R E T A R Z R ED A K C JI - M gr Elżbieta L esk o
R E D A K C JA M gr Aleksandra K łobuszow ska
R E D A K C JA T E C H N IC Z N A A licja N ow acka
W ydano za zgod ą Rektora P olitechniki Śląskiej
P L IS S N 0 8 6 7 - 6 0 3 8
W yd aw n ictw o P olitech n ik i Śląskiej ul. Kujawska 3 ,4 4 - 1 0 0 G liw ic e
N a k ła d 1 5 0 + 5 3 e g z ., A rk. w y d . 12, A rk. druk. 1 6 ,6 2 5 , P ap ier o ff s e t, k l. III. 7 0 x 1 0 0 , 8 0 g Zam. 2 2 /9 3 Oddano do druku marcu 93 r. Druk ukończ, w kw ietniu 1993 r. C ena z ł 1 6 .8 0 0 ,-
F o t o k o p ie , d ru k i o p r a w ę w y k o n a n o w U K iP s c , G l i w i c e , u l. P s z c z y ń s k a 4 4
1. W p r o w a d z e n i e 13
2. P o d s t a w y p r o c e s ó w r o z d z i a ł u m e m b r a n o w e g o 17
2.1. P o j ę c i e m e m b r a n y 17
2.2. M e m b r a n o w e p r o c e s y r o z d z i e l a n i a 17
2.3. M e m b r a n y 23
2.3.1. M e m b r a n y m i k r o p o r o w a t e s y m e t r y c z n e 24 2.3.2. M e m b r a n y m i k r o p o r o w a t e a s y m e t r y c z n e 25 2.4. M e c h a n i z m f o r m o w a n i a m e m b r a n a s y m e t r y c z n y c h
o t r z y m a n y c h m e t o d ą r o z d z i a ł u f a z ow ego 34 2.4.1. T e r m o d y n a m i k a p r o c e s u f orm o w a n i a m e m b r a n
a s y m e t r y c z n y c h 34
2.4.2. K i n e t y k a p r o c e s u r o z d z i a ł u f a z ow ego 38 2.4.3. W p ł y w p a r a m e t r ó w f o rmo w a n i a m e m b r a n
a s y m e t r y c z n y c h na ich str uk t u r ę 47
2.4.4. P o d s u m o w a n i e 53
3. M o d e l e t r a n s p o r t u m a s y przez m e m b r a n y s y n t e t y c z n e 54 3.1. M o d e l t r a n s p o r t u o p a r t y na t e r m o d y n a m i c z n y m
o p i s i e p r o c e s ó w n i e o d w r a c a l n y c h 54
3.2. M o d e l o p a r t y na p o r o w a t e j s truk t u r z e m e m b r a n y 58
3.3. M o d e l r o z p u s z c z a n i a i dyfuzji 61
3.4. P o d s u m o w a n i e 63
4. P o l a r y z a c j a s t ę ż e n i o w a 65
4.1. P o l a r y z a c j a s t ę ż e n i o w a r o z t w o r ó w substancji
w i e l k o c z ą s t e c z k o w y c h t w o r z ą c y c h żele 71 4.2. W p ł y w p o r o w a t o ś c i p o w i erzc hni m e m b r a n y na
p o l a r y z a c j ę s t ę ż e n i o w ą 77
4.3. W p ł y w sił ś c i n a n i a 78
4.4. P o l a r y z a c j a s t ę ż e n i o w a r o z t w o r ó w k o l o i d a l n y c h
i z a w i e s i n 82
S P I S T R Ś C I S T R
- 2 -
5. T e c h n i c z n e a s p e k t y p r o c e s ó w m e m b r a n o w y c h 88 5.1. S c h e m a t y real i z a c j i p r o c e s ó w m e m b r a n o w y c h 90
5.2. K o n f i g u r a c j a m e m b r a n w m o d u ł a c h 97
6. Z a s t o s o w a n i e o d w r ó c o n e j osm o z y oraz u l t r a f i l t r a c j i
i m i k r o f i l t r a c j i do p r z e r o b u wód n a t u r a l n y c h 105
6.1. O d s a l a n i e w ó d 105
6.1.1. O d s a l a n i e wód s ł o n a w y c h 107
6.1.2. O d s a l a n i e w o d y mo r s k iej 113
6.2. O t r z y m y w a n i e w o d y u l t r a cz ystej 119
6.3. Z a s t o s o w a n i e w m e d y c y n i e i s z p i t a l n i c t w i e 124 6.4. U l t r a f i l t r a c y j n e u z d a t n i a n i e w o d y 126
7. Z a s t o s o w a n i e u lt r a f i l t r a c j i do f r a k c j o n o w a n i a
s u b s t a n c j i wg mas c z ą s t e c z k o w y c h 129
7.1. R o z d z i e l a n i e m a k r o c z ą s t e c z e k od substancji
m a ł o c z ą s t e c z k o w y c h 129
7.2. F r a k c j o n o w a n i e m a k r o c z ą s t e c z e k wg mas c z ą s t e c z k o w y c h 131 7.3. S p o s o b y p r ow a d z e n i a p r o c e s u f r a k c j o n o w a n i a 132
8. U s u w a n i e k o m ó r e k i ich fra g m e n t ó w z ci e c z y
p o f e r m e n t a c y j n y c h 137
8.1. K l a r o w a n i e s u r o w y c h c i e c z y p o f e r m e n t a c y j n y c h 139 8.2. Z a s t o s o w a n i e m i k r o f i l t racji do usu wa n i a k o m ó r e k
m i k r o o r g a n i z m ó w lub ich f r a g m e n t ó w z c i e c z y
p o f e r m e n t a c y j n y c h 143
8.2.1. C h a r a k t e r y s t y k a p r o c e s u mik rof i l t r a c j i w p r o c e s i e o d z y s k u w e w n ą t r z k o m ó r k o w y c h p r o d u k t ó w reakcji
f e r m e n ta c ji 143
8.2.2. O d z y s k i w a n i e c a ł y c h k o m ó r e k m i k r o o r g a n i z m ó w 157 8.3. O t r z y m y w a n i e kw a s u c y t r y n o w e g o z w y k o r z y s t a n i e m
p r o c e s u ul t r a f i l t r a c j i 161
9. O c z y s z c z a n i e i z a t ę ż a n i e b i a ł e k e n z y m a t y c z n y c h
m e t o d ą u l t r a f i l t r a c j i 167
9.1. Membrany, m o d u ł y m e m b r a n o w e i sp osó b p r o w a
d z e n i a p r o c e s u 171
- 3 -
9.2. W p ł y w p o d s t a w o w y c h p a r a m e t r ó w o p e r a c y j n y c h p r o c e s u u l t r a f i l t r a c y j n e g o o c z y s z c z a n i a
i z a t ę ż a n i a r o z t w o r ó w b i a ł e k e n z y m a t y c z n y c h 175 9.3. U l t r a f i l t r a c y j n e o c z y s z c z a n i e i z a t ę ż a n i e
bi a ł e k e n z y m a t y c z n y c h 186
9.4. Z a k o ń c z e n i e 194
10. S k o j a r z o n e u k ł a d y p r o c e s ó w fe rm e n t a c j i i b i o k o n -
wersji e n z y m a t y c z n e j z p r o c e s e m u l t r a f i l t r a c j i 196 10.1. M e m b r a n o w e r e a k t o r y e n z y m a t y c z n e 196 10.1.1. R e a k t o r y e n z y m a t y c z n e z e n z y m e m n a t y w n y m 197 10.1.2. M e m b r a n o w e r e a k t o r y z u n i e r u c h o m i o n y m e n z y m e m 204 10.1.2.1. I m m ob i l i z a c j a e n z y m u przez ż e l o w a n i e na p o
w i er z c h n i m e m b r a n y u l t r a f i l t r a c y j n e j 206 10.1.2.2. R e a k t o r y z e n z y m e m u m i e j s c o w i o n y m w o k r e ś l o
n y m r e g i o n i e pr z es trz eni u k ł a d u m e m b r a n o w e g o 209 10.1.2.2.1. R e a k t o r z e n z y m e m u n i e r u c h o m i o n y m w e w n ą t r z
r d z e n i a m e m b r a n k a p i l a r n y c h 209 10.1.2.2.2. Re a k t o r z e n z y m e m u m i e j s c o w i o n y m w e w n ą t r z
p o r ó w m e m b r a n y a s y m e t r y c z n e j 211 10.1.2.3. U n i e r u c h a m i a n i e e n z y m ó w me t o d ą t w o r z e n i a
w i ą z a ń k o w a l e n c y j n y c h 213
10.1.2.4. I m m o b i li z a ć j a b i o k a t a l i z a t o r ó w prz e z z a m y k a
nie (inkluzję) w e w n ą t r z s t r u k t u r y m e m b r a n y 217
10.2. F e r m e n t o r y m e m b r a n o w e 219
10.3. B i o m e m b r a n o w e o c z y s z c z a n i e ś c i e k ó w k o m u n a l n y c h 223
11. M e m b r a n o w e e l e k t r o d y e n z y m a t y c z n e 231 11.1. E l e k t r o d y b a z u j ą c e na o s y d o r e d u k t a z a c h 234 11.2. E l e k t r o d y o p a r t e na e n z y m a c h g r u p y d e a m i n a z 238 11.3. E l e k t r o d y o p a r t e na e n z y m a c h g r u p y d e k a r b o k s y l a z 240 11.4. Inne k i e r u n k i w y k o r z y s t a n i a m e m b r a n w e l e k t r o d a c h
b i o l o g i c z n y c h 241
12. Z a k o ń c z e n i e 244
L i t e ra t ur a 2 4 6
1. I n t r o d u c t i o n 13
2. P r i n c i p l e s of m e m b r a n e s e p a r a t i o n p r o c e s s e s 17
2.1. Idea of m e m b r a n e 17
2.2. M e m b r a n e se p a r a t i o n p r o c e s s e s 17
2.3. M e m b r a n e s 23
2.3.1. M i c r o p o r o u s s y m m e t r i c m e m b r a n e s 24 2.3.2. M i c r o p o r o u s a s y m m e t r ic m e m b r a n e s 25 2.4. F o r m a t i o n m e c h a n i s m of a s y m m e t r i c m e m b r a n e s
o b t a i n e d by phase i n v e r sio n m e t h o d 34
2.4.1. T h e r m o d y n a m i c s of a s y m m e t r i c m e m b r a n e
f o r m a t i o n p r o c e s s 34
2.4.2. K i n e t i c s of pha s e i n ver s i o n pr o c e s s 38 2.4.3. Influ en c e of m e m b r a n e f o r m a t i o n p a r a m e t e r s
on their s tr u cture 47
2.4.4. S u m m a r y 53
3. M a s s t r a n s f e r m o d e l s t h r o u g h s y n t h e t i c m e m b r a n e s 54 3.1. M a s s tra ns f er model b as e d on t h e r m o d y n a m i c
d e s c r i p t i o n of i r r e v e r sible p r o c e s s e s 54 3.2. M o d e l b as e d on pore s t ruc t u r e of the m e m b r a n e 58
3.3. S o l u b i l i t y and d i f f u s i o n model 61
3.4. S u m m a r y 63
4. C o n c e n t r a t i o n p o l a r i z a t i o n 65
4.1. C o n c e n t r a t i o n p o l a r i z a t i o n of m a c r o m o l e c u l a r
s u b s t a n c e s ol u t i o n s f o r m i n g gels 71
4.2. In f l uence of m e m b r a n e su r f a c e p o r o s i t y on
c o n c e n t r a t i o n p o l a r i z a t i o n 77
4.3. I n f l u en c e of shear s tress 78
4.4. C o n c e n t r a t i o n p o l a r i z a ti on of collo ida l
s o l u t i o n s a n d su s p e n s i o ns 82
C O N T E N T S P a g e
-
5
-5. T e c h n i c a l a s p e c t s of m e m b r a n e p r o c e s s e s 88 5.1. R e a l i z a t i o n m o d e s of m e m b r a n e p r o c e s s e s 90 5.2. C o n f i g u r a t i o n of m e m b r a n e s in m o d u l e s 97
6. A p p l i c a t i o n of r e v e r s e osmosis, u l t r a f i l t r a t i o n
a n d m i c r o f i l t r a t i o n in natura l w at e r t r e a t m e n t 105
6.1. Wa t e r d e s a l i n a t i o n 105
6.1.1. Desailination of b r a c k i s h water 107
6.1.2. D e s a l i n a t i o n of s e awater 113
6.2. P r e p a r a t i o n of u l t r a p u r e water 119
6.3. A p p l i c a t i o n in m e d i c i n e a nd h o s pi tal a f f a i r s 124
6.4. U l t r a f i l t r a t i o n wat e r trea tme nt 126
7. U l t r a f i l t r a t i o n a p p l i c a t i o n to f r a c t i o n a t i o n
of s u b s t a n c e s a c c o r d i n g to m o l e c u l a r w e i g h t 129 7.1. S e p a r a t i o n of m a c r o m o l e c u l e s from
l o w - m o l e c u l a r s u b s t a n c e s 129
7.2. F r a c t i o n a t i o n of m a c r o m o l e c u l e s
a c c o r d i n g to m o l e c u l a r weigh t 131
7.3. M o d e s of f r a c t i o n a t i o n proces s 132
8. R e m o v a l of c e l l s a n d their fra gm e n t s from
f e r m e n t a t i o n liqu i d s 137
8.1. C l a r i f i c a t i o n of raw f e r m e n t a t i o n li q u i d s 139 8.2. A p p l i c a t i o n of m i c r o f i l t r a t i o n to removal
of m i c r o o r g a n i s m c e l l s and their f r a g m e n t s
f r o m f e r m e n t a t i o n liquids 143
8.2.1. C h a r a c t e r i s t i c s of m i c r o f i l t r a t i o n p r o c e s s in r e c o v e r y of i n t r ace l l u l a r p r o d u c t s of
f e r m e n t a t i o n r e a c t i o n 143
8.2.2. R e c o v e r y of w h o l e m i c r o o r g a n i s m c e l l s 157 8.3. P r e p a r a t i o n of c i t r i c ac i d usin g u l t r a
f i l t r a t i o n p r o c e s s 161
9. P u r i f i c a t i o n a n d c o n c e n t r a t i o n of e nzyme
p r o t e i n s u s i n g u l t r a f i l t r a t i o n m e t h o d 167 9.1'. M e m b r an e s, m e m b r a n e m o du les and p r ocess
r e a l i z a t i o n m o d e s 171
- 6 -
9.2. I n f l uence of ba s i c o p e r a t i o n p a r a m e t e r s of u l t r a f i l t r a t i o n p u r i f i c a t i o n an d c o n c e n t r a t i o n of e n z y
me p r o t e i n so l u t i o n s on p ro ces s e f f e c t i v e n e s s 175 9.3. U l t r a f i l t r a t i o n p u r i f i c a t i o n a a nd c o n c e n
t r a t i o n of e n z y m e p r o t e i n s 186
9.4. S u m m a r y 194
10. C o m b i n e d s y st e m s of f e r m e n t a t i o n a n d b i o
c o n v e r s i o n p r o c e s s w i t h u l t r a f i l t r a t i o n 196
10.1. E n z y m e m e m b r a n e reac t or 196
10.1.1. E n z y m e r e a c t o r s w i t h native en z y m e 197 10.1.2. M e m b r a n e r e a c t o r s with immo b i l i z e d e n z y m e 204 10.1.2.1. E n z y m e i m m o b i l i z a t i o n by g e l a t i o n on
the s u r f a c e of u l t r a f i l t r a t i o n m e m b r a n e 206 10.1.2.2. R e a c t o r s w i t h e n z y m e s e g r e g a t e d in a wel l
d e f i n e d r e g i o n of m e m b rane s y s t e m sp a c e 209 10.1.2.2.1. R e a ct o r w i t h e n z y m e s e g r e g a t e d w i t h i n
the lumen of c a p i l l a r y fibre 209
10.1.2.2.2. R e a ct o r w i t h e n zyme w ith in por e s of
a s y m m e t r i c m e m b r a n e 211
10.1.2.3. I m mo b i l i z a t i o n of enzyme s by f o r m i n g
a c o v a l e n t b o n d s met hod 213
10.1.2.4. I m mo b i l i z a t i o n of b ioc a t a l i s t i nside
m e m b r a n e s t r u c t u r e 217
10.2. M e m b r a n e f e r m e n t o r s 219
10.3. B i o m e m b r a n e w a s t e w a t e r t r e a tme nt 223
11. E n z y m a t i c m e m b r a n e e l e c t r o d e s 231
11.1. E l e c t r o d e s b a s e d on o x i d o r e d u c t a s e s 234
11.2. E l e c t r o d e s b a s e d on d eam i n a s e s 238
11.3. E l e c t r o d e s b a s e d on d e c a r b o x y l a s e s 240 11.4. O t h e r d i r e c t i o n s of m e m b r a n e us i n g in
b i o l o g i c a l e l e c t r o d e s 241
12. C o n c l u s i o n 244
R e f e r e n c e s 2 4 6
C T p .
1. BßeneHHe 13
2. O ch o bbi n p o u e c c o B «eMÔpaHHoro pa3fleneH Bü 17
2.1. rioH3THe MetiSpaHti 17
2.2. MeMÔpaHHbie n p o u e c c w p a 3 n e n e H K S 17
2. 3. MeMÔpaHbi 2 3
2.3.1. C H M M Ô T p H H e C K H e M H K p o n o p H C T M B M e H Ö p a H M 24
2. 3. 2. A c H M M e T p H H e c k H e MHKponopHCTbie MetiôpaHH 23
2 . 4 . M e x a H K 3 H 4>°PMf,P O B a H >,:;' a c u m ib tp n he ck h x n e « 6 p a H
n o n y M e H H M x M e T o n o « 4>a3osoro p a 3 n e n e H n x 34
2.4.1. TepMonHHaMHKa n p o u e c c a (^optiHposaHHB acHtitierpHHecKHx
M B M Ô p a H 34
2. 4. 2. (CHHOTHKa n p o u e c c a <jjaaoBoro p a a n e n e H H * 38
2. 4. 3. B n x i H H e napatieTpoB 4>0P M H P 0BaHHÍ, a c x M M ô T p Hh s c k h x
M e M Ô p a H H a h x C T p y K T y p y 47
2.4. 4. r i o n B e n e H M e ht o p o b 5 3
3. MonenH TpaHcnopTa « a c c u xepe3 caHTeTHsecxHe neMÔpaHM 54
3.1. Monent> T p a H c n o p T a o c H O B a H H a s H a TepnonHHaxKxecico«
on hc a H hh H e o 6 p a T H M M X n p o u e c c o B 54
3. 2. Monenb oc h o b â H H a x Ha nopncTofi CTpytcType n e n ô p a H U 58 COHEP.f A H H E
3 . 3 . M o n e n b p a c T B o p e H H H h HH<}xt>y3HH 5 1
3 . 4 . n o n B e n e H H e h t o t o b 6 3
4 . K o H u e H T p a u H O H H a s n o n a p H s a u H a 6 5
4 . 1 . K o H u e H T p a u H O H H a 3 n o n s i p n 3 S U H a B M C O K o n o n e ic y n a p H M X B e n e c T B
o 6 p a 3 y i o m H X r e n H 7 1
4 . 2 . B n n a H H e nopHCTO CTH n o B e p x H O C T H « e t i ô p a H H H a
KOHLteHTpauHOHHyio n o n a p H o a u H i o 7 7
4 . 3 . B n H S H H e c n n c p e a a 7 8
4 . 4 . K o H u e H T p a U H O H H a a n o n a p H 3 a u H a K o n noH HH bix p a c T B o p o B H
OMynbCHfï 8 2
5 . T e x H H M e c K H e ac ne KT b i Me ii ô p a H H b ix n p o u e c c o s 8 8
5 . 1 . Cxe rib i o c y n e c T B n e H H » Me riô paHHbix n p o u e c c o B 9 0
5 . 2 . KoH4>«rypauHa n e n ô p a H b n o n y n a x 97
6 . I l p H M e H e H H e o S p a T H o r o o c M o c a , y n b T p a - h « H K p o < j > H n b T p a u nh
b n p o u e c c e nepepa6oTK H HaTypanbHbix B o n 1 0 5
6 . 1 . O n p e c H e H H e B o n 1 0 5
6 . 1 . 1 . O n p e c H e H H e c o n o H O B a T b i x B o n 1 0 7
6 . 1 . 2 . O n p e c H e H H e M o p cK o H B o n b i 1 1 3
6 . 2 . n o n y x e H H e . y n b T p a B H C T O f l b o o m 1 1 9
6 . 3 . ripH M eH eH H e b Men HUHHe h b 6 o n b h hH h o u n e n e 1 2 4
-
8
-- 9 -
6 . 4 . Y n b T p a 4 > H n b T p o B a n b H o e oaHiuaHHe b o u m 1 2 6
7 . Ilp H M eH eH H e yn bTp acj >H nbTp aU H H n n a <£paicu h o h hp o B a H Ha B e m e c T B
b c o o T B e T C T B hh c h x M o n B K y n a p H b i H H M a c c a t i H 1 2 9
7 . 1 . P a o n e n e H H e M a K p o M o n e x y n o t H H 3 K O M o n e K y n a p H b i x B e n e c i B 1 2 9
7 . 2 . $p a K U H O H H p o s a H H e M a f c p o M o n e K y n b c o o t b è t c t b h h c h x
M o n e x y n a p H b i M H M a c c a M H 1 3 1
7 . 3 . C n o c o 6 bi B e n e H H a n p o u e c c a 4 > p a x U H O H H p o B a H H a 1 3 2
8 . y c T p a n e H H e x n e T O K h h x 4> p a r M e H T O B H 3 n o c n e ô p o H n n b h h x
» H n K o c T e f t 1 3 7
8 . 1 . O c B e m e H H e cb i p u x n o c n e ô p o n a n b H M X « a n a o c T e a 1 3 9
8 . 2 . r i p n M e H e Hhe K H K p o i ) > H n b T p a u H a n n a y c T p a H e H H a a n e T O K M H K p o o p r a H H 3 M o s h h h h x a a c T e f t H 3 n o c n e ô p o H H n b H b ! X
« H n a o c T e a 1 4 3
8 . 2 . 1 X a p a K T ë p a c T H K a n p o u e c c a M H K p o4>H nb T p a U H H B n p o u e c c e o ô p a T H o r o n o n y a e H H a bh y r p n k n e T O H H b i x n p o n y K T O B p e a au h h
6 p o * e H H a 1 4 3
8 . 2 . 2 . O ô p a T H o e n o n y a e H H e u e n b i x k h ô t o k M H K p o o p r a H H 3 « O B 1 5 7
8. 3 . rionyaeHHe n am o h h o H KacnoTbi c H cnonb30BaHHeti n p o u e c c a
y n b T p a i j i H n b T p a u H H 1 6 1
3 . O a H C T K a H K O H U S H T p H p O B a H H e 3 H 3 H f t a T H H e C K H X Ô e n O K M e T O n O M
y n b T p a c j b H n b T p a u H h 1 6 7
9 . 1 . MeiiôpaHbi, MeM6paHHbie n o n y n a h c n o c o ô n o B e n e H H a
n p o u e c c a 171
- 1 0 -
9 . 2 . B n H ü H H e o c h o b h h x o r r e p a u H O H H H X n a p a r i e T p o B n p o u e c c a y n b T p a 4 > H n b T p O B a n b H O f t O H H C T K H H K O H U e H T p H p O B 3 H H 3 p a C T B O p O B B H 3 H M a T H H e C K H X Ô e H O K
9 . 3 . YnbT p a 4 > w n b T p o B a n bHaa oHHCTKa h KOHueHTpHpoBaHHe 3H3HMaTHHeCKHX ôenOK
9. 4. 3 a K n » ie H H e
1 0 . C o e n H H e H H b i e cx e n t i n p o u e c c a 6 p o * e H H a h 3 H 3h m3t h he c x o n Ô H O K O H B e p c H H c n p o u e c c o M y n b T p a < { > H n b T p a u H H
1 0 . 1 . MeMÔpaHHwe 3H3HMâTHHecK h e peaK T opu
1 0 . 1 . 1 . 3H3HMaTHMeCKHe peaKTOpH C KBTBBHOM 3H3HMOM
1 0 . 1 . 2 . MeMÔpaHHwe peaK T opu c npHo c t b h o bn e H H b i n 3 H 3 h m o m
1 0 . 1 . 2 . 1 . H n x o 6 H n H 3 a u H « 3 H 3 HMa a e p e 3 n e f t c T B H e r e n a Ha n o B e p x H O C T H y n b T p a 4 > H n b T p o B a n b H O H M e M 6 p a H b i
1 0 . 1 . 2 . 2 . PeaxT opbi c 3H3HMOM b onpeneneH H O à oônacTH npocTpaHCTBa «enépaH H oà CKCTenw
1 0 . 1 . 2 . 2 . 1 . P e a K T o p c 3 H 3h m o m n p H O C T a H o s n e H H b m B H y T p a c e p n u e B H H b i K a n n a n a p H b i x M e r i ô p a H
1 0 . 1 . 2 . 2 . 2 . P e a x T o p c 3 H 3 h m o m B H y T p w n o p o B a c H U M e T p a i e c x o f i
MetiôpaHbi
1 0 . 1 . 2 . 3 . ripH o c t aHOsneHHe 3H3BHOB « e T o n o « c o 3 n a H a a KOBaneHTHbix CBH3eft
1 0 . 1 . 2 . 4 . H M n o 6ana3auaa 6 h okaT anH 3aT opoB a e p e a 3aKmoaeHHe BHyTpH CTpyKTypbl MeMÔpâHM
1 8 6
1 9 4
1 9 6
1 9 6
1 9 7
2 0 4
2 0 6
2 0 9
2 0 9
211
2 1 3
2 1 7 1 7 5
1 0 . 2 MenôpaHHbie ôponwnbHbie ycT poftcT B a 2 1 9
- I - l
i o . 3 BHOMeriôpaHHaa o h h c t ka K o r m y H a n b h m x c t o h h w x b o h 2 2 3
1 1 . M e « 6 p a H H i . i e 3 H 3 H M a T H H © C K H e a n e K T p o f l M 2 3 1
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ne K T pon w o c h o baH Hbie H a o K C H n o p e n y x T a3
a x 2 3 41 1 . 2 . S n e x T p o f l b i o c H O B a H H b i e H a 3 H 3 H « a x r p y n n w n e a n H H a a 2 3 8
1 1 . 3 . S neK T ponbi o c h o b a H H bi© Ha 3 H 3 Htiax r p y n n b i n e ic a p
6
oK c u n a s 2 4 01 1 . 4 . n p y r x e H a np a B n e H H H H c n o n b 3 0 B a H « a « e n ô p a H B
6 H o n o r H H e c K H X s n e x T p o n a x 2 4 1
1 2 . 3 a i c n i o H e H H e 2 4 4
J l H T e p a T y p a 2 4 6
1. W P R O W A D Z E N I E
O bserwowany w o s t a t n i c h latach cor a z i n t e n s y w n i e j s z y rozwój biotechnologii w y n i k a m i ę d z y innymi z r o z w o j u p r o c e s ó w f e r m e n tacji p r o w a d z o n y c h z u d z i a ł e m m i k r o o r g a n i z m ó w je d n o - i wielokomót—
kowych, które b a r d z o c z ę s t o z m i e n i a j ą swo j e c e c h y g e n etyczne . Sugeruje się, że w n a j b l i ż s z y m d z i e s i ę c i o l e c i u b i o t e c h n o l o g i a skierowana b ę d z i e na w y t w a r z a n i e p r o d u k t ó w w m a ł y c h ilościach, za to o d u żych w a r t o ś c i a c h (np. aminokwasy, b i ałka) o r a z takich, których innymi sp o s o b a m i n ie da się o t r z y m a ć (np. hormony, enzymy).
Procesy b i o t e c h n o l o g i c z n e zna jdą p r z y p u s z c z a l n i e s z e r o k i e z a s t o sowanie do p r o d u k c j i m a ł y c h ilości s p e c y f i c z n y c h z w i ą z k ó w chemicznych.
W cor a z w i ę k s z y m s t o p n i u p o s z u k u j e się e f e k t y w n i e j s z y c h i u zas a dn i o n y c h e k o n o m i c z n i e s p o s o b ó w h o dowli m i k r o o r g a n i z m ó w , metod o d z y s k i w a n i a i i z o l o w a n i a k o s z t o w n y c h i n i e t r w a ł y c h p r o duktów o r a z u s u w a n i a t o k s y c z n y c h odpadów. W tej s y t u a c j i m e m b r a n y oraz c i ś n i e n i o w e p r o c e s y m e m b r a n o w e stały się o b i e k t e m w z r a s t a jącego z a i n t e r e s o w a n i a jako s posó b p o z w a l a j ą c y na r o z w i ą z a n i e wiel u problemów. S z c z e g ó l n ą u wa g ę z w r ó c o n o na p r o c e s u l t r a f i l - tracji jako t e c h n i k ę s e p a r a c y j n ą u k ł a d u c i e c z - c i a ł o stałe, c h a r a k t e r y z u j ą c ą się n i s k ą e n e rgoc h ł o n n o ś c i ą, n i e w i e l k i m i koszt ami eksp l oa t a c j i, m o ż l i w o ś c i ą p r o w a d z e n i a p r o c e s u w t e m p e r a t u r z e o t o c z e n i a i be z p r z e m i a n fazowych, b r a k i e m k o n i e c z n o ś c i w p r o w a d za n i a do u k ł a d u d o d a t k o w y c h r e a g e n t ó w c h e m i cznych, a t a k ż e m o ż l i w o ś c i ą o s i ą g n i ę c i a w jednej op eracji z a r ó w n o o c z y s z c z a n i a i zatę- ż an i a m a k r o c z ą s t e c z e k i koloidów. W tabeli 1.1 [105] z e s t a w i o n o sz e r e g p r o c e s ó w m e m b r a n o w y c h, k tó r e są lub m o g ą b y ć w n i e d a l e k i e j
- 14 -
p r z y s z ł o ś c i s t o s o w a n e w technologii b i o c h e m i c z n e j i p o r ó w n a n o je z p r o c e s a m i ko n w en c j o n a l n y m i.
W c h w i l i o b e c n e j jedynie u l t r a f i l t r a c j a i m i k r o f i l t r a c j a oraz c z ę ś c i o w o o d w r ó c o n a o s m o z a są st oso w a n e w p r a k t y c e p r z e m y s ł o w e j b i o t e c h n o l o g i i . T y m c z a s e m różne d z i e d z i n y s z e r o k o p o j ę t e j b i o t e c h n o l o g i i z g ł a s z a j ą z a p o t r z e b o w a n i e na n o w e g e n e r a c j e m e mbr an z a r ó w n o o t w a r t y c h do mikrofiltracji, jak i b a r d z i e j z w a rty ch d o u l t r a f i l t r a c j i i o d w r ó c one j o s m o z y o ra z z w a r t y c h n i e p o r o w a t y c h do r o z d z i a ł u gazów. M e m b r a n y te musz ą o d p o w i a d a ć w y m a g a n i o m , j a k i e i n ż y n i e r i i m a t e r i a ł o w e j s t awia biot echnologia. W e d ł u g M i c h a e l s a i M a t s o n a [105] b i o t e c h n o l o g i a z g łasz a s z c z e g ó l n e z a p o t r z e b o w a n i e na n a s t ę p u j ą c e membrany:
- r u r o w e i k a p i l a r n e do ultrafi ltrac ji i m i k r o f i l t r a c j i p r a c u j ą c e w p r z e p ł y w i e k r z y ż o w y m (skrośnym, ang. c r o s s - f l o w filtrat ion), - m e m b r a n y do u l tr a f i l t r a c j i i m i k r o f i l t r a c j i o d p o r n e n a p o w l e
k a n i e s u b s t a n c j a m i o b ecnymi w r o z t w o r a c h bi o l o g i c z n y c h , - c e r a m i c z n e i m e t a l i c z n e m e m b r a n y do ul t r a - i m i k r o f i l t r a c j i , - m e m b r a n y do separacji g a z ó w i par (np. o t r z y m y w a n i e p o w i e t r z a
w z b o g a c o n e g o w t l e n ),
- i m m o b i l i z o w a n e m e m b r a n y p olim e r o w e i ciekłe,
- m e m b r a n y o d p o w i e d n i e do k o n s t r u o w a n i a b i o r e a k t o r ó w membranowych, - j o n o w y m i e n n e m e m b r a n y do p r o w a d z e n i a p r o c e s ó w e l e k t r o l i z y i
e l e k t r o d i a l i z y .
W n i n i e j s z y m o p r a c o w a n i u o m ó w i o n o m o ż l i w o ś c i w y k o r z y s t a n i a p r o c e s u u l t r a f i l t r a c j i do wydzielania, z a t ę ż a n i a i o c z y s z c z a n i a p r o d u k t ó w f e r m e nt a cj i o raz u d o s k o n a l e n i a p r o c e s ó w f e r m e n t a c y j n y c h p r z e z k o j a r z e n i e u l t r a f i l tr acji z r e a ktorami f e r m e n t a c y j n y m i i e n z y m a t y c z n y m i , co z a p e w n i a c i ą g ł o ś ć c y k l u t e c h nologiczn ego.
- 15 -
Omówiono r ó w n i e ż z a g a d n i e n i a z w i ą z a n e z f i z y k o c h e m i c z n y m i metodami b a d a ń u l t r a f i l t r a c y j n y c h m e m b r a n p o l i m e r o w y c h ora z t e c h nicznymi a s pe k t am i t e g o procesu.
T a b e l a 1.1 K o n w e n c j o n a l n e i m e m b r a n o w e t e c h n o l o g i e b i o s e p a r a c j i
O p e r a c j a je d n o s t k o wa
Pr o c e s k o n w e n c j o n a l n y
P r o c e s m e m b r a n o w y
Hodo w l a k o m ó r e k
F i l t r a c j a na f i l t r a c h p r ó ż n i o w y c h i b ę b n o w y c h O d w i r o w a n i e
M i k r o f i l t r a c j a U l t r a f i l t r a c j a
K l a r o w a n i e c i e c z y p o f e r m e n t a c y j n y c h
O d w i r o w a n i e M i k r o f i l t r a c j a U l t r a f i l t r a c j a Z a t ę ż a n i e i o c z y
s z c z a n i e b i a ł e k
W y s a l a n i e e l e k t r o l i t y c z n e i r o z p u s z c z a l n i k o w e C h r o m a t o g r a f i a k o l u m n o w a E k s t r a k c j a
U l t r a f i l t r a c j a D i a f i l t r a c j a U l t r a f i l t r a c j a c h r o m a t o g r a f i c z n a
O d s a l a n i e C h r o m a t o g r a f i a żel owa W y m i a n a jonowa
U l t r a f i l t r a c j a E l e k t r o d i a l i z a Z a t ę ż a n i e c z ą s t e
c z e k o m a ł y c h m a s a c h c z ą s t e c z k o w y c h
O d p a r o w a n i e p r ó ż n i o w e O d w r ó c o n a os m o z a P e r w a p o r a c j a D e s t y l a c j a m e m b r a n o w a O d z y s k k w a s u /
z a s a d y
W y m i a n a jonowa Z o b o j ę t n i a n i e
E l e k t r o d i a l i z a d w u b i e g u n o w a
2. P O D S T A W Y P R O C E S Ó W R O Z D Z I A Ł U M E M B R A N O W E G O
2.1. P O J Ę C I E M E M B R A N Y
P r e c y z y j n e o k r e ś l e n i e p o j ę c i a me mbrany, k t ó r e o b e j m o w a ł o b y wszystkie jej aspekty, jest ba r d z o trudne. D e f i n i c j a t a k a wy d a j e się prostsza, jeżeli o g r a n i c z y ć ją j edynie do m e m b r a n s y n t e t y c z nych, z p o m i n i ę c i e m z j a w i s k c h a r a k t e r y s t y c z n y c h d l a p r o c e s ó w m e m b r a n ow y c h z a c h o d z ą c y c h w b ł o n a c h k o m ó r k o w y c h o r g a n i z m ó w żywych.
W n a j b a r d z i e j o g ó l n y m ujęciu, m e m b r a n a s y n t e t y c z n a stanowi prze grodę m i ę d z y d w i e m a fazami (ciekłymi lu b g a z o w y m i ) o g r a n i c z a jącą t r a n s p o r t s u b s t a n c j i c h e m i c z n y c h w taki sposób, że subs t an c j e te (i e n ergia) m og ą być w y m i e n i a n e m i ę d z y fazami z szyb k o ś c i ą z a l e ż n ą od w ł a s n o ś c i m e m b r a n y o r a z c h a r a k t e r y s t y k i faz.
Dla c e l ó w p r a k t y c z n y c h ś c i s ł e z d e f i n i o w a n i e p o j ę c i a m e m b r a n y jest mniej i s t o t n e o d z n a j o m o ś c i jej funkcji i wł a ś c i w o ś c i .
2.2. M E M B R A N O W E P R O C E S Y R O Z D Z I E L A N I A
R o z d z i e l a n i e w p r o c e s a c h m e m b r a n o w y c h jest w y n i k i e m ró ż n i c y szyb k oś c i t r a n s p o r t u subs t a ncj i chem icz nych, k t ó r a d e t e r m i n o w a n a jest s i ł ą n a p ę d o w ą p r o c e s u lub siłami d z i a ł a j ą c y m i na p o s z c z e g ó l ne s k ł a d n i k i f a z y r o z d z i e l a n e j o raz ich r u c h l i w o ś c i ą i s t ę ż e n i e m w e w n ą t r z m e m br a ny . P o w y ż s z e p a r a m e t r y o k r e ś l a j ą w i e l k o ś ć s t r u m i e nia s u b s t a n c j i p r z y danej sile napędowej. R u c h l i w o ś ć jest pr zede w s z y s t k i m z a l e ż n a od w i el kości c z ą s t e c z e k s u b s t a n c j i oraz f i z y c z n e j s t r u k t u r y m a t e r i a ł u membrany, p o d c z a s g d y s t ę ż e n i e z a l e ż y o d e n t a l p i i m i e s z a n i a substancj i z m a t e r i a ł e m membrany.
- 18 -
J a k o t e c h n i c z n i e u ż y t e c z n e w p r o c e s a c h m e m b r a n o w y c h r o z p a t r u j e się t r z y r o d z a j e sił n a p ę d o w y c h [96]:
- r ó ż n i c ę c i ś n i e ń h y d r o s t a t ycz nyc h, - r ó ż n i c ę stężeń,
- r ó ż n i c ę p o t e n c j a ł u e l e k t r ost atycz nego.
K i l k a p r o c e s ó w m e m b r a n o w y c h z p o w o d z e n i e m z a s t o s o w a n o do r o z d z i e l a n i a s k ł a d n i k ó w r o z t w o r u na p o z i o m i e m o l e k u l a r n y m lub ko loi d a l n y m . P r o c e s y te r óż n i ą się r o d z a j e m m e m b r a n y i siły napęd o w e j , jak r ó w n i e ż z a k r e s e m z a s t o s o w a n i a o r a z t e c h n o l o g i c z n y m i i e k o n o m i c z n y m i parametrami. Tab e l a 2.1 z a w i e r a d a n e d o t y czą ce p r o c e s ó w o z n a c z e n i u p r z e m y s ł o w y m [100,139,149],
N a j w i ę k s z e z n a c z e n i e p r a k t y c z n e maj ą te p r o c e s y membranowe, k t ó r y c h s iłą n a p ę d o w ą jest ró ż n i c a c i ś n i e ń po o b u s t r ona ch memb rany, tj. m i kr o f i l t r a c j a , u l t r a f i l t r a c j a i o d w r ó c o n a os moza ( h i p e r f i l t r a c j a ) . Na rys. 2.1 p r z e d s t a w i o n o z a k r e s w i e l k o ś c i r o z d z i e l a n y c h c z ą s t e c z e k p r z y z a s t o s o w a n i u t y c h t r z e c h p r o c e s ó w m e m b r a n o w y c h i fi l tr a c j i k o n w e n c j o n a l n e j w g K e s t i n g a [79],
T e r m i n e m m i k r o f i l t r a c j a ok r e ś l a się proces, w k t ó r y m c z ą s t e c z ki o ś r e d n i c y 10-50 p m są o d d z i e l a n e od r o z p u s z c z a l n i k a lub mało- c z ą s t e c z k o w y c h s k ł a d n i k ó w roztworu. M e c h a n i z m r o z d z i a ł u opa rty jest na e f e k c i e s i t o w y m i z achodzi w y ł ą c z n i e w g ś r e d n i c c z ą s t e czek. W p r o c e s i e m i k r o f i l t r a c j i s t o s u j e się g ł ó w n i e syme t r y c z n e m i k r o p o r o w a t e membrany, a r ó ż n i c a c i ś n i e ń m i ę d z y r o z t w o r e m a f i l t r a t e m ni e p r z e k r a c z a na o gół 0,2 MPa.
P o d s t a w ą p r o c e s u o d w r ó c o n e j o s m o z y jest z j a w i s k o osm ozy na tur a l n e j , p o l e g a j ą c e na p r z e n i k a n i u r o z p u s z c z a l n i k a przez m e m b r a n ę p ó ł p r z e p u s z c z a l n ą (rys.2.2a). S iłą n a p ę d o w ą o s m o z y jest r ó ż n i c a a k t y w n o ś c i (stężenia) r o z p u s z c z a l n i k a po o b u stron ach
P r z e m y s ł o w e m e m b r a n o w e p r o c e s y r o z d z i e l a n i a T a b e l a 2 . 1
P r o c e s R o d z a j m e m b r a n y S i ł a n a p ę d o w a M e c h a n i z m Z a k r e s z a s t o s o w a n i a M I K R O F I L T R A C J A M e m b r a n y s yme trycz ne,
mi k r o p o r o w a t e
p r o m i e ń porów: 10-50 pm
R ó ż n i c a ciśnień:
0 , 0 1 - 0 , 1 MPa
M e c h a n i z m s it o w y
K l a r o w a n i e r o z t w o r ó w
U L T R A F I L T R A C J A M e m b r a n y a s y m e t r y c z n e , m i k r o p o r o w a t e
p r o m i e ń porów: 1-10 p m
R ó ż n i c a ciśnień:
0,0 5 - 0 , 5 ( 1 , 0 ) MP a
M e c h a n i z m s it o w y i d y f u z y j n y
Ro z d z i a ł m a k r o c z ą s t e c z e k i k o l o i d ó w
O D W R Ó C O N A O S M O Z A
M e m b r a n y a s y m e t r y c z n e R ó ż n i c a ciśnień:
1 , 0 - 1 0 , 0 MPa
M e c h a n i z m d yf uzyjn y
R o z d z i a ł soli i m a k r o c z ą s t e c z e k
D I A L I Z A M e m b r a n y symet ryc zne, m i k r o p o r o w a t e
p r o m i e ń porów: 0 , 1 - 1 0 pm
R ó ż n i c a s t ę ż e ń Dyf uzja U s u w a n i e soli z r o z t w o r ó w E L E K T R O D I A L I Z A M e m b r a n y j o n o w y m i e n n e R ó ż n i c a p o t e n c j a
łu e l e k t r y c z n e g o
Ł a d u n e k e l e k t r y c z n y
U s u w a n i e jonów z r o z t w o r ó w R O Z D Z I A Ł G A Z Ó W M e m b r a n y j e d n o r o d n e
lub p o r o w a t e
R ó ż n i c a c i ś n i e ń i s t ę ż e ń
R o z p u s z c z a l n o ś ć i d y f u z j a
R o z d z i e l a n i e m i e s z a n in g a z o w y c h
- 2 0 -
K0KWENCJ0MLRA
F I L T R A C J A
M/KROFIL TRA CJA
ULTRAFILTRACJA
O D W R Ó C O N A O S M O Z A
1 0 L0' 3 1 0 '2 10~1 10° 1 0 1 102 103
Jony | Makrocząsteczki j Koloidy j \ Zawiesiny WIELKOŚĆ CZASTECZEKjMm ---—
Rys. 2.1. P r o c e s y r o z d z i a łu m e m b r a n o w e g o k i e r o w a n e r ó ż n i c ą c i ś n i e ń
Fig. 2.1. P r e s s u r e d r i v e n m e m b r a n e s e p a r a t i o n p r o c e s s e s
memb r an y . W o k r e ś l o n y m układzie, w k t ó r y m m e m b r a n a r o z d z i e l a r o z twór o d r o z p u s z c z a l n i k a lub dwa r o z t w o r y o r ó ż n y m stężeniu, n a s t ę p u j e s a m o r z u t n y p r z e p ł y w r o z p u s z c z a l n i k a w k i e r u n k u r o z t w o r u o w i ę k s z y m stężeniu. C i ś n i e n i e z e w n ę t r z n e r ó w n o w a ż ą c e p r z e p ł y w os- m o t y c z n y w t a k i m u k ł a d z i e jest c i ś n i e n i e m o s m o t y c z n y m (rys.2.2b), c h a r a k t e r y s t y c z n y m d l a d a n ego r o z t w o r u i n i e z a l e ż n y m od c h a r a k t e ru p ó ł p r z e p u s z c z a l n e j membrany. Jeżeli je d n a k po s t r o n i e r o z tw oru w y t w o r z y się c i ś n i e n i e h y d r o s t a t y c z n e w i ę k s z e o d osmotycznego, r o z p u s z c z a l n i k b ę d z i e p r z e n ikał z r o z t w o r u b a r d z i e j s t ę ż o n e g o do r o z c i e ń c z o n e g o (rys.2.2c), a w i ę c w k i e r u n k u o d w r o t n y m niż w p r o c e s i e n a t u r a l ń e j osmozy. Dla z j a w i s k a t ego R e i d zapr o p o n o w a ł
- 2 1 -
a--- o - a ---- o—
— 0 — 0
---- --
0--
_ WODA __
_
— _— a — o —o ROZTWÓR— o - 5 - ° IT -»
P>11
--
0 --- o---- -
0 ---- 0 o — oo-- - —
WODA — » ROZTWÓR 0 ° o --- o ---a o--- o --- 0
---
Rys. 2.2. Z a s a d a p r o c e s u o d wró c o n e j osmozy:
a - osmoza; b - r ó w n o w a g a o s m o tyczna; c - o d w r ó c o n a osmoza; U - c i ś n i e n i e osmo tyczne; P - c i ś n i e n i e h y d r o s t a t y c z n e
Fig. 2.2. P r i n c i p l e of r e v e r s e o s m o s i s process:
a - os mosis; b - o s m o t i c e q u i l i b r i u m ; c - r e v e r s e o smosis; IT - o s m o t i c pressure; P - p r e s s u r e
- 2 2 -
n a z w ę o d w r ó c o n a o s m o z a (ang. r e v e r s e osmosis), w s k a z u j ą c r ó w n o c z e ś n i e na m o ż l i w o ś ć jej w y k o r z y s t a n i a do o d s a l a n i a wody. R ó w n o leg l e s t o s o w a n a n a z w a " h i p e r f i l t r a c j a " w y k a z u j e p e w n e zalety, j e d n a k ż e c z ę ś c i e j u ż y w a n y jest t e r m i n " o d w r ó c o n a o s m o z a ” . O d w r ó c o n a o s m o z a o b e j m u j e w i ęc p r o c e s o d d z i e l a n i a r o z p u s z c z a l n i k a (wody) o d subs ta n cj i r o z p u ś z c z o n y c h o s t o s u n k o w o n i s k i e j masie c z ą s t e c z k o w e j (np. - soli, c u k r ó w itp. ), p r z y c z y m m e c h a n i z m r o z d z i a ł u ma c h a r a k t e r dyfuzyjny. Z uwagi na w y s o k i e wartości c i ś n i e n i a o s m o t y c z n e g o r o z d z i e l a n e g o r o z t w o r u k o n i e c z n e jest s t o s o w a n i e w ty m p r o c e s i e w y s o k i c h - od 1 do 10 M P a - ci ś n i e ń roboczych.
W p r o c e s i e u l t r a f i l t r a c j i nie w y s t ę p u j e p r z e c i w c i ś n i e n i e osmo- tyczne, a r o z d z ia ł o p a r t y jest na f i z y c z n y m o d s i e w a n i u c z ą s t e c z e k s u b s ta n c j i r o z p u s z c z o n y c h lub k o l o i d a l n y c h p r z e z m e m b r a n ę o o d p o w i e d n i e j p o rowatości. P r o c e s y d y f u z y j n e o d g r y w a j ą r ó w n i e ż pewną rolę w m e c h a n i z m i e rozdziału. W p r o c e s i e u l t r a f i l t r a c j i stos o w a n e c i ś n i e n i e r o b o c z e nie p r z e k r a c z a 1 MPa, a p r z e c h o d z ą c y przez m e m b r a n ę p e r m e a t m o ż e z a w i e r a ć s u b s t a n c j e r o z p u s z c z o n e o n i ski ch m a s a c h cząst ec z ko w y c h . W u l t r a f i l t r a c j i s t o s u j e się m e m b r a n y p o r o w a t e s y m e t r y c z n e lub a syme tryczne, p o d c z a s g d y w o d wró con ej o s m o z i e w y ł ą c z n i e asymetryczne.
S c h e m a t t r a n s p o r t u m a s y w p r o c e s a c h r o zd zielania, k t ó r y c h siłą n a p ę d o w ą jest r ó ż n i c a ciśnień, p r z e d s t a w i o n o na rys. 2.3.
W p r a k t y c e nie w y s t ę p u j e w y r a ź n a g r a n i c a r ó ż n i c u j ą c a o m a w i a n e procesy, z w ł a s z c z a że m o ż n a p r e p a r o w a ć p ó ł p r z e p u s z c z a l n e m e m b r a -
#
ny z t e g o s a m e go s u r o w c a do w s z y s t k i c h procesów; p o d o b n e jest r ó w n i e ż o p r z y r z ą d o w a n i e aparaturowe. S z e r e g d a l s z y c h informa cji o t y c h p r o c e s a c h m o ż n a z n a l e ź ć w l i t e r a t u r z e [ 2 3 , 3 4 , 50,51,56,79 ,92 , 9 5 - 9 7 , 1 0 0 , 1 3 9 , 1 4 0 , 1 4 4 , 1 4 9 , 1 6 6 , 1 6 7 , 1 6 9 ] .
- 2 3 -
ZASILANIE
Rys. 2.3. R o z d z i a ł s t r u m i e ni w p r o c e s a c h m e m b r a n o w y c h k i e r o w a n y c h r ó ż n i c ą c i ś n i e ń
Fig. 2.3. S t r e a m d i s t r i b u t i o n in p r e s s u r e d r i v e n m e m b r a n e p r o c e s s e s
2 . 3 . ME MBR A N Y
Z a s t o s o w a n i e p r o c e s ó w m e m b r a n o w y c h jako m e t o d r o z d z i e l a n i a układów c i e k ł y c h u w a r u n k o w a n e jest p r z e d e w s z y s t k i m w ł a ś c i w y m dobor e m p ó ł p r z e p u s z c z a l n y c h m e m b r a n o z g ó r y z a ł o ż o n y c h w ł a ś c i w o ś c i ac h i pa rametrach.
P ó ł p r z e p u s z c z a l n e m e m b r a n y s t o s o w a n e w p r o c e s a c h m i k r o f i l - tracji, u l t r a f i l t r a c j i i o dwr ó c o n e j o s m o z y dz i e l i się n a o gó ł na dwie grupy:
- m i k r o p o r o w a t e symetryczne, - m i k r o p o r o w a t e asymetryczne.
- 2 4 -
2.3.1. M e m b r a n y m i k r o p o r o w a t e s y m e t r y c z n e
M e m b r a n y tego t ypu z b u d o w a n e są ze stałej m a t r y c y o z d e f i n i o w a n y c h p o r a c h lub o t w o r a c h m a j ą c y c h ś r e d n i c ę od p o n i ż e j 10 u m do p o n a d 50 urn. R o z d z i a ł s u bstancji c h e m i c z n y c h m a w t y m p r z y p a d k u c h a r a k t e r w y ł ą c z n i e s i t o wy i z a l e ż y od w i e l k o ś c i p o r ó w w m e m b r a n i e i r o z m i a r u c z ą s t e c z e k w substancji. S t o s u j e się je p r z e d e w s z y s t k i m w p r o c e s i e m i k r o f i l t r a c j i .
M e m b r a n y m i k r o p o r o w a t e s y m e t r y c z n e m o g ą b y ć w y t w a r z a n e z r ó ż n y c h mat er i a ł ów , t a k i c h jak: metale, tlenki metali, g r a f i t lub polimery. N a j p r o s t s z y m i m em br a n a m i teg o t yp u są p o r o w a t e wyro by c e r a m i c z n e (z t l e n k ó w k r z e m u lub glinu) w y k o n a n e metodą m o d e l o w a n i a lub s p i e k a n i a [51], W m e t o d z i e tej m o ż n a również s t o s o w a ć d r o b n o s p r o s z k o w a n e polimery, m e t a l e lub grafit.
Inną m e t o d ą w y t w a r z a n i a tego r o d z a j u m e m b r a n jest r o z c i ą g a n i e j e d n o r o d n e g o f i l m u p o l i m e r o w e g o o s t r u k t u r z e c z ę ś c i o w o k r y s t a l i c z n e j (polietylen, p o l i t e t r a f l u o r o e t y l e n ) . P o w y ż s z y m i metodami o t r z y m u j e się m e m b r a n y o n i e j e d n o r o d n e j w i e l k o ś c i p o r ó w [15],
M e m b r a n y o j e dnakowej wielkości p o r ó w ora z p r a w i e idealnie c y l i n d r y c z n y m ich k s z t a ł c i e moż n a o t r z y m a ć w p r o c e s i e b o m b a r d o w a nia w r e a k t o r z e a t o m o w y m jed n o r o d n y c h f i l m ó w p o l i m e r o w y c h (naj
c z ę ś c i e j z p ol i wę g l a n ó w ) w i ą z k ą p r o m i e n i o w a n i a jądrowego. Metoda ta n a z y w a n a jest w l i t e r a t u r z e a n g l o s a s k i e j " t r a c k e t c h i n g m e t h o d ” [55], B o m b a r d u j ą c e cząstki p r z e c h o d z ą c prz e z f i l m p o z o s t a w i a j ą s e n s i b i l i z o w a n e ślady, w k t ó r y c h w i ą z a n i a c h e m i c z n e g ł ó wneg o ł a ń c u c h a p o l i m e r o w e g o z o s t aj ą z n a c znie osłabione. W d r u g i m etapie p r o c e s u f i l m p o d d a j e się d z i a ł a n i u su bst a n c j i trawiącej. W m i e j s c a c h n a p r o m i e n i o w a n y c h tworz ą się w ó w c z a s c y l i n d r y c z n e pory, k t ó r y c h w i e l k o ś ć z a l e ż y od c z a s u wytrawianiaj a g ę s t o ś ć od c z a s u n a p r o m i eni o w a n i a .
- 2 5 -
D ostępne w h a n d l u m i k r o p o r o w a t e s y m e t r y c z n e m e m b r a n y są zw y k l e otrzymywane z p o l i m e r ó w c e l u l o z o w y c h (octan, az o t a n ) m e t o d ą określaną jako p r o c e s r o z d z i a ł u f a z o w e g o [136,158], W p r o c e s i e tym j e d n o r o d n y r o z t w ó r p o l i m e r u w o d p o w i e d n i m r o z p u s z c z a l n i k u wylewa się w p o s t a c i f i l m u o o d p o w i e d n i e j g r u b o ś c i ( 2 0-200 ąm).
Żelowanie w y l a n e g o f i l m u p o l e g a na p e n e t r a c j i s ł a b y m r o z p u s z c z a l nikiem, k t ó r y m n a s y c o n a jest faza parowa. W innej m e t o d z i e żelowanie p o l e g a na k o n t r o l o w a n y m o d p a r o w a n i u r o z p u s z c z a l n i k a z wylanego f i l m u ( mi e s z a n i n a polimeru, r o z p u s z c z a l n i k a i s ł a b e g o rozpuszczalnika), co pro wadz i do w z r o s t u s t ę ż e n i a sł a b e g o rozpuszczalnika, i u f o r m o w a n i u m e m b r a n y [80], P r o c e s r o z d z i a ł u fazowego m o ż n a też p r o w a d z i ć dr o g ą o c h ł a d z a n i a r o z t w o r u b ł o n o - twórczego [158],
2 . 3 . 2 . M e m b r a n y m i k r o p o r o w a t e a s y m e t r y c z n e
M e m b r a n y a s y m e t r y c z n e s t o s o w a n e są g ł ó w n i e w p r o c e s i e ultra - filtracji i o d w r ó c o n e j osmozy. Ich s t r u k t u r ę s t a n o w i górna, bardzo c i e n k a tzw. w a r s t w a n a s k ó r k o w a (ang. s k i n layer) o grubości 0,1 - 0,5 u m, o s a d z o n a na p o r o w a t y m p o d ł o ż u (matrycy) o zn acz n i e w i ę k s z e j grubości, rzę d u 50 - 200 ą m ( r y s . 2.4). 0 p o d s t a w o w y c h w ł a s n o ś c i a c h membrany, a w i ę c jej s e l e k t y w n o ś c i i wydajności, d e c y d u j e p r z e d e w s z y s t k i m w a r s t w a n a s k ó r k o w a ; jej z niko m a g r u b o ś ć u m o ż l i w i a u z y s k a n i e w y s o k i e j p r z e p u s z c z a l n o ś c i h y d ra u l i cz n e j . M e m b r a n y asymet ryczn e, w o d r ó ż n i e n i u o d s y m e t r y c z nych, c h a r a k t e r y z u j ą się s t a b i l n o ś c i ą s z y b k o ś c i t r a n s p o r t u na sk u t e k w y e l i m i n o w a n i a b l o k o w a n i a p o r ó w w t r a k c i e p r o c e s u ult ra- f ilt r a c j i c z y o d w r ó c o n e j osmozy.
P o d ł o ż e (matryca) m e m b r a n y moż e m i e ć s t r u k t u r ę g ą b c z a s t ą o jedn a k o w e j w i e l k o ś c i p o r ó w w c a ł y m p r z e k r o j u p o p r z e c z n y m lub
- 2 6 -
warstwa aktywna
Rys. 2.4. S c h e m a t a s y m e t r y c z n e j m e m b r a n y p o l i m e r o w e j otrzy manej m e t o d ą r o z d z i a ł u faz owe go
Fig. 2.4. S c h e m a t i c d i a g r a m of p o l y m e r i c a s y m m e t r i c a l m e m b r a n e o b t a i n e d by pha s e i nve rsion m e t h o d
z r ó ż n i c o w a n e j w ie l ko ś c i porów, w zr a s t a j ą c e j w r a z z o d l e g ł o ś c i ą od w a r s t w y n a s k ó r k o w e j [17]. W śr ó d m e m b r a n a s y m e t r y c z n y c h spotyk a się r ó w n i e ż struktury, k t óry ch p o d ł o ż e z a w i e r a duż e puste p r z e s t r z e n i e (makropory) o r ó ż nych k s z t a ł t a c h z a l e ż n y c h od r o d z a
ju p o l i m e r u i jego s t ę ż e n i a w ro ztw o r z e b ł o n o t w ó r c z y m [18,19], Na rys. 2.5 i 2.6 p r z e d s t a w i o n o zd j ę c i a p r z e k r o j ó w p o p r z e c z n y c h m e m b r a n z p o l i a k r y l o n i t r y l u i p o l i ( c h l o r k u w i nylu) p r z e d s t a w i a jące r ó ż n ą s t r u k t u r ę m a t r y c y ultra filtr acy jnej.
W z a l e ż n o ś c i od r o d z a j u p o l i m e r u i jego s t ę ż e n i a w roztworze b ł o n o t w ó r c z y m w y r ó ż n i ć można:
- s t r u k t u r ę g ą b c z a s t ą (rys.2.5a),
- s t r u k t u r ę g ą b c z a s t ą z a wi e r a j ą c ą pustki w k s z t a ł c i e o s t r o s ł u p a (rys.2.5b),
- s t r u k t u r ę z a w i e r a j ą c ą m a k r o p o r y w k s z t a ł c i e w y d ł u ż o n e j kropli (rys . 2 . 6 a ) ,
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- strukturę gą bczastą, w k tórej w y s t ę p u j ą pustki w k s z t a ł c i e kuli i e l ip soidy (rys.2.6b).
Membrany a s y m e t r y c z n e o t r z y m u j e się d w o m a s p osobami:
- w procesie r o z d z i a ł u fazowego,
- w pro c e s i e d w u s t o p n i o w y m (tzw. m e m b r a n y k o m p o z y t o w e - ang.
composite me m b r an e ) z o d d z i e l n y m o t r z y m y w a n i e m w a r s t w y naskói—
kowej [97],
O t r z y m y w a n i e m e m b r a n a s y m e t r y c z n y c h m e t o d ą r o z d z i a ł u f a z o w e g o polega na w y l a n i u z j e d n o r o d n e g o r o z t w o r u p o l i m e r u w o d p o w i e d n i m rozpu sz c za l n ik u f i l m u o gru bości 10 0 - 5 0 0 pm, a n a s t ę p n i e żelowaniu f i l m u w s ł a b y m r o z p u s z c z a l n i k u ( n a j c z ę ś c i e j wodzie).
»
W trakcie p r o c e s u ż e l o w a n i a (po z a n u r z e n i u w y l a n e g o f i l m u w łaźni ze s ł a by m r o z p u s z c z a l n i k i e m ) j e d n o r o d n y r o z t w ó r p o l i m e r u p r z e chodzi w u k ł a d dwufazowy, tzn. faz ę s t ę ż o n ą (żelową), która formuje k o ń c o w ą s t r u k t u r ę membrany, o ra z f a z ę ciekłą, b o g a t ą w rozpuszczalnik, t w o r z ą c ą w y p e ł n i o n e c i e c z ą p o r y w m e m b r a n i e [27, 81,151], Na p o w i e r z c h n i membrany, g d z i e r o z p o c z y n a się pr o c e s żelowania i p r z e b i e g a z n a j w i ę k s z ą szybk ością, t w o r z y się w a r s t w a na skórkowa o p o r a c h z n a c z n i e m n i e j s z y c h w p o r ó w n a n i u do m a t r y c y membrany. M e m b r a n y do o d w r ó c o n e j o s m o z y b a r d z o c z ę s t o p o d d a j e się dodatkowo m o d y f i k a c j i t e r m i c z n e j w c e l u n a d a n i a im w ł a s n o ś c i osmotycznych.
Na o b e c n y m e t a p i e r o z w o j u techniki p r e p a r o w a n i a m e m b r a n dla odwróc o ne j o s m o z y p r a k t y c z n e i p r z e m y s ł o w e z a s t o s o w a n i e z n a l a z ł y m e m b r a n y z o c t a n u c e l u l o z y i a r o m a t y c z n y c h poliamidów.
W t abeli 2.2 p o d a n o ogra nicz eni a, jak i m p o d l e g a j ą m e m b r a n y p r o d u k o w a n e o b e c n i e na sk a l ę przemysłową. O c t a n celulozy, bę d ą c y j e d n o c z e ś n i e p o l i g l u k o z ą i estrem, łatwo u l e g a h y d r o l i z i e w p r z y p a d k u z b y t n i s k i c h lub w y s o k i c h w a r t o ś c i p H roztw o r ó w , co
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Rys. 2.5.
Fig. 2.5.
M i k r o f o t o g r a f i e p r z e k r o j ó w p o p r z e c z n y c h m e m b r a n z pol i- a k r y l o n i t r y l u
a - s t r u k t u r a g ą b c z a s t a
b - s t r u k t u r a z a w i e r a j ą c a pustki w k s z t a ł c i e o s t r o s ł u p a C r o s s - s e c t i o n m i c r o p h o t o g r a p h s of p o l y a c r y l o n i t r i l e m e m b r a n e s
a - s p o n g y s t r u c t ure
b - s t r u c t u r e w i th voids in the sh a p e of p y r a m i d
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Rys. 2.6. M i k r o f o t o g r a f i e p r z e k r o j ó w p o p r z e c z n y c h m e m b r a n z poli- (chl o rk u winylu)
a - s t r u k t u r a z a w i e r a j ą c a m a k r o p o r y w k s z t a ł c i e w y d ł u żonej kropli
b - s t r u k t u r a z a w i e r a j ą c a m a k r o p o r y w k s z t a ł c i e kuli i e l i p s o i d y
Fig. 2.6. C r o s s - s e c t i o n m i c r o p h o t o g r a p h s of p o l y ( v i n y l chloride) m e m b r a n e s
a - s t r u c t u r e w i t h m a c r o p o r e s in a d r o p - l i k e shape b - s t r u c t u r e w i t h void s in the sha p e of s p h e r e and
e l l i p s e
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T a b e l a 2. 2 O g r a n i c z e n i a w z a s t o s o w a n i u m e m b r a n z t y p o w y c h
p o l i m e r ó w b ł o n o t w ó r c z y c h
Ty p s u r o w c a p o l i m e r o w e g o PH
Temp.
K
M a k s y m a l n e c iśni e n i e robocze
MPa
D o p u s z c z a l n a z a w a r t o ś ć
Cl2 g / m 3
P o w l e k a n i e s u b s t a n c j a m i o r g a n i c z n y m i
D w u o c t a n c e l u l o z y
4-8 do 303 ■8,0 2,0 w y s t ę p u j e
T r ó j o c t a n c e l u l o z y
2-9 do 303 8,0 5,0 w y s t ę p u j e
P o l i a m i d y a r o m a t y c z n e
4-11 do 308 3,0 0, 1 w y s t ę p u j e
*’ dla m o d u ł ó w "Du P o n t ” B-10: 5 , 6-7, 0 MPa
w e f e k c i e pr o w a dz i do z n a cz n e g o o b n i ż e n i a w ł a s n o ś c i m e c h a n i c z n y c h i r o z d z i e l c z y c h p r a c u j ą c e j membrany. Za o p t y m a l n e w a r u n k i pra cy m e m b r a n y p r z y j m u j e się pH r o z t w o r u w g r a n i c a c h 5-6. W w y ż s z y c h t e m p e r a t u r a c h p o w y ż e j 313 K m e m b r a n y u l e g a j ą zeszkleniu. M e m b r a n y z o c t a n u c e l u l o z y m o g ą p r a c o w a ć tyl ko w ś r o d o w i s k u wodnym, p o n i e w a ż r o z p u s z c z a l n i k i o r g a n i c z n e w p ł y w a j ą na w z r o s t ich p l a s ty c z n o ś ci . Z n a c z n y m u d o s k o n a l e n i e m m e m b r a n o s m o t y c z n y c h jest o p r a c o w a n i e pr z e z a m e r y k a ń s k ą firmę Du P o n t [77] m e m b r a n z p o l i a m i d ó w aromaty c z n y c h . C h a r a k t e r y z u j ą się o n e więks zą w y t r z y m a ł o ś c i ą mecha n i c z n ą, o d p o r n o ś c i ą na pH w g r a n i c a c h 4 - 1 1 , a j e d n o c z e ś n i e z n a c z n ą s zyb k o ś c i ą filt racji (0,4 - 0,8 m 3/ m 2d) or a z s t o p n i e m z a t r z y m a n i a (dla NaCl 99,5 - 99,8%) [23],
W o d r ó ż n i e n i u od m e m b r a n dla z a k r e s u o d w r ó c o n e j osmozy, k t ó r y c h z a s a d n i c z y m z a d a n i e m jest o d s a l a n i e roztworu, m e m b r a n y u l t r a f i l t r a c y j n e s t o s u j e się pr z e d e w s z y s t k i m do u s u w a n i a z r o z t w o r ó w m a k r o c z ą s t e c z e k i koloidów. C h a r a k t e r y s t y k a pracy m e m b r a n u l t r a f i l t r a c y j n y c h za l e ż y p r a w i e w y ł ą c z n i e o d ich
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struktury, a tyl k o n i e z n a c z n i e od r o d z a j u s u bsta ncji bło no twórczej. O b o k a c e t y l o c e l u l o z o w y c h p r o d u k o w a n e są na skalę przemysłową r ó w n i e ż m e m b r a n y u l t r a f i l t r a c y j n e z i n n y c h p o l i m e r ó w celulozowych (azotan celulozy) o r az z p o l i m e r ó w winyl owych , akrylonitrylowych, a k r y l o a m idow ych , p o l i s u l f o n o w y c h , p o l i e l e k t r o - lltów i innych. M e m b r a n y n i e c e l u l o z o w e c h a r a k t e r y z u j ą się w i ę k s z ą odpornością na t e m p e r a t u r ę i o d c z y n r o z d z i e l a n e g o roztworu.
Wyróżniają się on e p o n a d t o w y s o k ą p r z e p u s z c z a l n o ś c i ą u z y s k i w a n ą przy n i s k i c h c i ś n i e n i a c h roboczych, a r ó w n o c z e ś n i e s z e r o k i m zakresem m i n i m a l n e j w i e l k o ści c z ą s t e k z a t r z y m y w a n y c h p r z e z różn e rodzaje membran. Do c h a r a k t e r y z o w a n i a m e m b r a n u l t r a f i l t r a c y j n y c h wprowadzono w i ę c d o d a t k o w o p o j ę c i e " c u t - o f f ” (grani czn a rozdzielczość), k t ó r e p o d a j e m i n i m a l n ą m a s ę c z ą s t e c z k o w ą substancji p r a k t y c z n i e c a ł k o w i c i e z a t r z y m y w a n y c h p r z e z membranę.
Niektóre f i r m y p r o d u k u j ą szeroki a s o r t y m e n t m e m b r a n do ultrafiltracji o "c u t -off" od k i l k u t y s i ę c y do p o n a d stu tysięcy.
B a d a n i a s t r u k t u r y m e m b r a n a s y m e t r y c z n y c h o t r z y m y w a n y c h me t o d ą rozdziału f a z o w e g o n a s u n ę ł y k o n c e p c j ę w y t w a r z a n i a m e m b r a n komp oz y t o w y c h (dwuwarst w o w y ch) [97,129] z o d d z i e l n y m o t r z y m y w a niem w a r s t w y n a s k ó r k o w e j oraz matrycy. W a r s t w a n o ś n a m o ż e być otrzymana z o c t a n u c e l u l o z y lub p o l i m e r ó w n i e c e l u l o z o w y c h (np.
p o l i s u l f o n u ) . W nowej generac ji m e m b r a n d w u w a r s t w o w y c h s to suj e się t e c h n i k ę w y t w a r z a n i a w a r s t w y n a s k ó r k o w e j p o l e g a j ą c ą na jej form o w a n i u b e z p o ś r e d n i o na p o w i erzc hni p o r o w a t e j m a t r y c y dzięki reakcji u s i e c i o w a n i a polimeru, k t ó r y m w c z e ś n i e j zo s t a ł a p o w l e c z o n a m a t r y c a m e m b r a n y [129,139,154], P r z y k ł a d e m tego ro d z a j u m e m b r a n jest b ł o n a NS-200. W a r s t w a a k t y w n a jest w tym p r z y p a d k u c i e n k i m f i l m e m ż y w i c y f u r a now ej p o w s t a j ą c e j w w y n i k u
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p o l i m e r y z a c j i m o n o m e r u - a l k o h o l u furfury l o w e g o . Proces p o l i m e r y z a c j i k a t a l i z o w a n y jest k w a s e m s i a r k o w y m w t e m p e r a t u r z e 423 K. S c h e m a t b u d o w y m e m b r a n y NS - 2 0 0 p r z e d s t a w i o n o na rys. 2.7, a jej w ł a ś c i w o ś c i w tabeli 2.3.
T a b e l a 2.3 W ł a s n o ś c i m e m b r a n k o m p o z y t o w y c h
Typ m e m b r a n y
T y p z w i ą z k u p o l i m e r o w e g o
S z y b k o ś ć f iltracji m 3/rn2- d
S t o p i e ń z a t r z y m a n i a
N a C l , %
R o k o p r a c o w a n i a t e c h n o l o g i i w y t w a r z a n i a m e m b r a n y N S- 1 0 0 p o l i e t y l e n o -
imina
0,8-1 ,0 99,5 1971
N S - 2 0 0 a l k o h o l f u r f u r y l o w y
0,8 99, 9 1973
PA-30 eter
p o l i a m i d o w y
0rH100o
99, 4 1977
W i n n y c h r o d z a j a c h m e m b r a n d w u w a r s t w o w y c h ( m e m brany NS - 1 0 0 i PA-30) w a r s t w a a k t y w n a f o r m u j e się na s k u t e k c h e m i c z n e g o s i e c i o w a nia p o l i m e r u [54,139,154], M e m b r a n y NS- 100 s k ł a d a j ą się z mikro po- ro w a t e g o p o d ł o ż a (suportu) p o k r y t e g o f i l m e m p o l i e t y l e n o i m i n y u s i e c i o w a n e j m - t o l u i d e n o - 2 , 4 - d i i z o c y j a n i a n e m . N a t o m i a s t w w y t w a r z a n i u m e m b r a n t y p u PA - 3 0 p o l i m e r e m t w o r z ą c y m w a r s t w ę a kty wną jest eter p o l i a m i d o w y s i e c i o w a n y c h l o r k i e m izoftaloilu. Jako su p o r t y w t ego t y p u m e m b r a n a c h st o s u j e się najc z ę ś c i e j u l t r a f i l t r a c y j n e m e m b r a n y z p o l i s u l f o n u lub p o l i w ę g l a n u [116,129], M e m b r a n y k o m p o z y t o w e c h a r a k t e r y z u j ą się lepszą s e l e k t y w n o ś c i ą i p r z e p u s z c z a l n o ś c i ą oraz s t a b i l n o ś c i ą szybkości fil t ra c j i w p o r ó w n a n i u z k l a syczn ymi m e m b r a n a m i z o c t a n u celulozy.
C i e k a w e i o b i e c u j ą c e p od w z g l ę d e m z a s t o s o w a n i a są m e m b r a n y ''dynamiczne1' [74,89], O t r z y m u j e się je w w y n i k u p r z e p u s z c z a n i a r o z t w o r u z a w i e r a j ą c e g o s k ł adniki b ł o n o t w ó r c z e pr z e z p o r o w a t e rury
