Трековая мембрана

Получение трековых мембран

Трековые (ядерные) мембраны — вид фильтров, производящих очистку с помощью мембранных процессов. Такие мембраны изготавливаются из полимерных плёнок толщиной 12—23 микрона посредством бомбардировки их высоко-энергетичными ионами криптона, пробивающими плёнку насквозь. В местах прохождения отдельных ионов образуются каналы деструктированного материала (треки), отличающегося по своим физико-химическим свойствам от неповреждённого ионами материала. Избирательное растворение деструктированного ионизацией материала превращает исходную плёнку в микрофильтрационную мембрану со сквозными порами цилиндрической формы то есть при последующем травлении обработанной ионами плёнки в растворе щелочи на месте треков образуются строго одинаковые сквозные отверстия — поры.

Скол трековой мембраны

Диаметр этих пор можно варьировать в диапазоне от 0,05 до 5 мкм в зависимости от условий травления. Для массового производства трековых мембран используется ускоритель ионов ИЦ-100, лаборатории ядерных реакций Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна, Россия), производящий до 10¹² ионов в секунду, что позволяет производить трековые мембраны с плотностью пор в диапазоне 10⁵ -- 3·10⁹ пор/см². Пористость таких мембран составляет 10—15 %. Основное свойство трековых мембран, отличающее их от других типов мембран, — высокая селективность (все одиночные поры имеют одинаковый диаметр с отклонениями не более 5 %). Поэтому в зависимости от функционального назначения (фильтрация механических примесей, бактериальных или вирусных суспензий и т. п.) может быть выбран соответствующий номинал трековой мембраны, оптимальный для определённого процесса микрофильтрации.

Основные характеристики трековых мембран

Колония бактерий на трековой мембране. Чрезмерный размер пор, делающий мембрану непригодной для фильтрации воды, приводит к засорению бактериологической пленкой, и проникновению бактерий через фильтр.

Трековые мембраны на основе полиэтилентерефталатной плёнки характеризуются толщиной плёнки от 10 до 23 мкм, при ширине до 320 мм и диаметром пор от 0,05 до 5,0 мкм при плотности пор от 10⁵ до 3·10⁹ на см². Допускают стерилизацию в автоклавах и большой диапазон рабочих температур (до 120 °C). Заявлена более высокая прочность и устойчивость к кислотам и растворителям, чем мембраны других типов. Не радиоактивны. При применении мембран с разным диаметром пор есть возможность классификации частиц по размерам в процессе последовательной фильтрации и возможностью определения размеров и характера задержанных частиц — качественно, по весу, или количественно, после дополнительного анализа.

Прикладные направления использования трековых мембран

Мембрана изготовленная химическим путём

Трековые мембраны испытаны в ряде научно-исследовательских организаций и предприятий СНГ и других стран владеющих высокими уровнями технологии. Подтверждена их высокая эффективность в различных отраслях промышленности. Определился ряд областей их применения:

• фильтрация различных жидкостей и газов;
• фильтрация питьевой воды;
• фильтрация крови при плазмофорезе;
• использование мембраны в исследовательских и сертификационных работах при проведении химических и микробиологических исследований;
• в электронной промышленности в процессах тонкой очистки воздуха, газообразных и жидких технологических сред;
• в работах по мониторингу окружающей среды при определении дисперсного, элементного и микробиологического состава проб;
• в экстракционных процессах извлечения ценных компонентов из бедных растворов и отходов производства, где трековые мембраны используются в качестве основы для жидких ионообменных мембран;
• в криогенной технике при изготовлении экрановакуумной изоляции;
• в процессе микробиологического анализа питьевой воды лабораториями водопроводных станций;
• в цитологических исследованиях, для разделения компонентов крови и для медицинской диагностики; трековые мембраны отвечают гигиеническим требованиям, предъявляемым к материалам, используемым в производстве лекарственных препаратов;
• в пищевой промышленности при производстве ферментных препаратов, кормового лизина, молочного белка и молочного сахара из сывороток, стерилизации жидких пищевых продуктов и лекарственных препаратов путём очистки от микрофлоры без снижения качества исходного продукта.

Все аспекты производства и прикладного использования трековых мембран ещё не изучены до конца. Эти вопросы находятся в стадии активного изучения и разработок.

Производство, дальнейшее совершенствование и разработка новых типов трековых мембран — это область высоких технологий и может быть реализована только при наличии высокопрофессиональных ученых ядерщиков, высококвалифицированных специалистов — химиков и физиков, а также наличия высочайшего уровня материальной базы. Процесс производства и разработки трековых мембран является чрезвычайно наукоемким, дорогостоящим и требует больших материальных затрат. В этих условиях наличие соответствующего неограниченного доступа к производству трековых мембран является самым глобальным достижением любой структуры или предприятия, которая хочет заниматься развитием данной технологии в прикладных направлениях.

Очистка воды с помощью трековой мембраны

Фильтр на основе трековой мембраны

Эта мембрана не пригодна для надежной очистки питьевой воды из-за крупных пор (0,2—0,4 мкм), для сравнения диаметр пор обычной мембраны 0,0001 мкм. При этих размерах отфильтровывается только грубые частицы, большинство вредных веществ и микроорганизмов беспрепятственно проникают сквозь. Мембрана не способна фильтровать радионуклиды.

См. также

• Нанотехнология
• Плазмаферез

Литература

• «Использование ускорительной техники для изготовления ядерных мембран» Флёров Г. Н., Апель П. Ю., Дидык А. Ю., Кузнецов В. И., Оганесян Р. Ц. // Атомная энергия, т. 67, с. 274—280. 1989.
• «Полиимидные трековые мембраны для ультра- и микрофильтрации» Виленский А. И., Олейников В. А., Маков Н. Г., Мчедливили Б. В., Донцова Э. П. // Высокомолек. Соед., т. 36, № 3, с. 475—485. 1994.
• «Модификация трековых мембран и получение наноструктур на их основе» Белова Н. В. // Студенческая аудитория, № 12, c. 62—64. 2006 г.
• «Мембраны и нанотехнологии», Мчедлишвили Б. В., Волков В. В. 2008. Т. 3, № 11—12. С. 67.
• «Вестник Харьковского университета» № 868, 2009 г.
• Журнал «Вода и водоочистные технологии № 1», Трековая мембрана — уникальный фильтрующий материал. 2007 г.
• «Крымская Правда» 10 июля 2010, Суббота № 122 (24945)
• «Водоподготовка» — 2007 г. Автор: Беликов С. Е. Издательство: Аква-Терм. Страниц: 240 ISBN 5-902561-09-4
• «Введение в нанотехнологию» — 2008 г. Автор: Кобаяси Н. Издат.: Бином. Лаборатория знаний. Страниц: 134 ISBN 978-5-94774-841-3
• «Вода, которую мы пьём. Качество питьевой воды и её очистка с помощью бытовых фильтров» — 2002 г. Автор: Михаил Ахманов. Издательство: Невский проспект. Страниц: 192 ISBN 5-94371-183-X

Ссылки

• Трековые мембраны, микро- и нано-пористые материалы
• Ионно-трековая нанотехнология
• «Маленькое чудо из Дубны». Опубликовано в еженедельнике ОИЯИ «Дубна» № 16 (2009)
• «Свойства трековых мембран на основе полиэтиленнафталата»
• «Установление размеров пор трековых мембран, полученных при облучении полимерной плёнки тяжелыми ионами» А. Ф. Дьяченко
• Словарь нанотехнологических терминов
• «Формирование пор трековых мембран в полимерах, облучённых высокоэнергетичными частицами» Доктор химических наук Виленский А. И.
• О трековых мембранах. Академик РАЕН и ЕАЕН Анатолий Алексеев
• «Методы получения полимерных мембран»
• «Классификация. Методы получения мембран»
• UNICEF осуществил поставку фильтров на трековой мембране для внутренних беженцев(оригинальная английская версия на сайте UNICEF)
• UNICEF осуществил поставку фильтров на трековой мембране для внутренних беженцев(перевод на русский язык)
• Трековые мембраны. Изготовление и применение