Трековая мембрана

Трековая мембрана

Введение

Разнообразие практических проблем, способных быть разрешенными с использованием мембранной технологии, позволяет рассматривать эту технологию как базовую для решения природоохранных задач, в том числе, связанных с водоподготовкой и водоиспользованием, с утилизацией и переработкой газовых выбросов и жидких отходов, с глубокой переработкой минерального и органического сырья, с рекреацией зараженных радиоактивных территорий, с решением ряда острых проблем здравоохранения (диализ крови, плазмаферез и др.)

Что такое трековые мембраны?

Трековые (ядерные) мембраны изготавливаются из полимерных пленок толщиной 12-23 микрона посредством бомбардировки их высоко-энергетичными ионами криптона, пробивающими пленку насквозь. В местах прохождения отдельных ионов образуются каналы деструктированного материала (треки), отличающегося по своим физико-химическим свойствам от неповрежденного ионами материала. Избирательное растворение деструктированного ионизацией материала превращает исходную пленку в микрофильтрационную мембрану со сквозными порами цилиндрической формы то есть при последующем травлении обработанной ионами пленки в растворе щелочи на месте треков образуются строго одинаковые сквозные отверстия – поры. Диаметр этих пор можно варьироваться в диапазоне от 0,05 до 5 мкм в зависимости от условий травления. Размеры пор и их пространственное распределение в трековых мембранах можно регулировать путем выбора режима химической обработки и атомного номера бомбардирующих частиц, а также вариацией их энергии и изменением углов падения ионов на поверхность пленки. Главные отличительные свойства структуры трековых мембран – малая толщина и высокая однородность пор по размерам. Подобная структура определяет основные преимущества трековых мембран – низкое сопротивление течению фильтруемой среды, высокую селективность фильтрации, низкую адсорбцию растворенных веществ, удерживание отделяемых частиц на поверхности мембраны и легкость регенерации, прозрачность и малый собственный вес, прочность и эластичность. Для массового производства трековых мембран используется ускоритель ионов У-400 лаборатории ядерных реакций Объединенного 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 определенного процесса микрофильтрации.

Основные характеристики трековых мембран

Трековые мембраны на основе полиэтилентерефтальной пленки характеризуются:

• толщиной пленки от 10 до 23 мкм, при ширине до 320 мм;
• диаметром пор от 0,05 до 5,0 мкм;
• плотностью пор от 10⁵ до 3•10⁹ на см²;
• рабочим диапазоном температур до 120° С, что допускает стерилизацию мембран в автоклавах;
• возможностью использования трековых мембран в процессах связанных с пищевыми технологиями и фильтрацией питьевой воды;
• не гигроскопичностью: (набухание в воде менее 0,5%);
• пассивностью в биологическом отношении;
• значительно большей прочностью, чем мембраны других типов, применяемые для, тонкой очистки; гибкостью, стойкостью к растрескиванию;
• низким содержанием компонентов, которые могут мигрировать в фильтрат (следовательно, не требуют выщелачивания перед использованием);
• возможностью регенерации путем отмывки мембран тангенциальным потоком или пульсирующим обратным потоком;
• стойкостью при температурах, характерных для криогенной техники;
• устойчивостью к большинству кислот, органических растворителей, разбавленным растворам щелочей;
• гладкой поверхностью, что способствует их использованию в аналитических целях, в частности, при исследовании отфильтрованных продуктов методами оптической или электронной микроскопии;
• малым собственным весом и весьма незначительной абсорбцией влаги, что позволяет рекомендовать их для гравиметрического анализа;
• малой зольностью, что существенно при количественном элементном анализе с помощью нейтронной активации и оптической спектроскопии;
• высоким пропусканием светового потока, достаточным для микроскопических исследований;
• полным отсутствием радиоактивности в материале мембраны (полимер облучают ионами с энергией, не достаточной для протекания ядерных реакций);
• способностью полного задержания частиц, превосходящих размеры пор, а следовательно, возможностью определения размеров и характера задержанных частиц – качественно, по весу, или количественно, после дополнительного анализа;
• возможностью классификации частиц по размерам в процессе последовательной фильтрации через мембраны с различным (последовательно уменьшающимся) диаметром пор.

ПРИКЛАДНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРЕКОВЫХ МЕМБРАН

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 путем очистки от микрофлоры без снижения качества исходного продукта;
• снижения качества исходного продукта;

Все аспекты производства и прикладного использования трековых мембран еще 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.

Академик Н.Ф. Платэ на одном из семинаров в лаборатории ядерных реакций ОИЯИ сказал: "Несмотря на то, что трековые мембраны существуют много лет, практическое применение находят лишь несколько процентов от возможного потенциала, и фундаментальные знания о происходящих микропроцессах далеки от совершенства. Главная задача – немедленный поиск для применения". Далее Николай Федорович заметил, что плазмофорез крови, в котором используются мембраны, – это для науки "плюсквамперфект", надо извлекать из этого прибыль, снабжать медиков этой продукцией, но, тем не менее, двигаться дальше. Практически не изучены биотехнологическая и медицинская области применения, не используются свойства мембран как сорбентов и барьерных фильтров, катализаторов, много неизученного в химической модификации пор, большие возможности открываются для очистки воды. Перспективы применения мембран огромны, к ученым обращаются медики, работники пищевой промышленности, пивовары.

См. также

• Нанотехнология
• ОБЪЕДИНЁННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ (г. Дубна)

Литература

• 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 пьем. Качество питьевой воды и ее очистка с помощью бытовых фильтров» — 2002 г. Автор: Михаил Ахманов. Издательство: Невский проспект. Страниц: 192 ISBN 5-94371-183-Х

Ссылки

• Сайт ОБЪЕДИНЕННОГО ИНСТИТУТА ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
• «Маленькое чудо из Дубны». Опубликовано в еженедельнике ОИЯИ «Дубна» № 16 (2009)
• Официальный сайт предприятия Симпэкс
• Официальный сайт предприятия Симпэкс на английском языке
• 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

[[:Категория:]]

en: