Трековая мембрана

Что такое трековые мембраны?

Получение трековых мембран

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.

Скол трековой мембраны

Диаметр этих пор можно варьироваться в диапазоне от 0,05 до 5 мкм в зависимости от условий травления. 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

Колония бактерий на трековой мембране

Трековые мембраны на основе полиэтилентерефталатной 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 щёлочей;
• 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

Мембрана изготовлена химическим путем

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 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

Одним из прикладных применений трековой мембраны является её использование для очистки питьевой воды в быту и чрезвычайных ситуациях. Как показали исследования, оптимальным размером пор для этой цели являются поры диаметром 0,2-0,4 мкм. При этих размерах пор хорошо отфильтровываются наиболее распространенные вредные вещества, содержащиеся в воде и, с другой стороны, вода не обедняется необходимыми организму человека микроэлементами. С этой целью Симферопольским Научно-производственным предприятием «Симпэкс» были разработаны водоочистные устройства «Крымская росинка» и «NEROX».

Фильтры для очистки воды работают за счет естественного гравитационного перепада давления. Режим работы трековой мембраны с естественным давлением в 0,1 атм. позволяет использовать её в качестве многоразового фильтрующего элемента. Как оказалось, в таком режиме поры мембраны практически не засоряются, вся отфильтрованная масса (грязь) остается на поверхности мембраны и элементарно смывается обыкновенной водой. При использовании мембранного фильтра очистки воды в питьевой воде значительно уменьшается концентрация тяжелых металлов и радионуклидов, количество пестицидов, болезнетворных бактерий и других вредных химических примесей. При этом в питьевой воде сохраняются все важные для здоровья микроэлементы. Такой эффект достигается благодаря применению в бытовом фильтре очистки воды фильтрующего материала на основе трековой мембраны. В отличие от обратноосмотических мембран бытовой фильтр на трековой мембране оставляет в воде необходимые минеральные соли и микроэлементы. При этом качество фильтрации в процессе работы не ухудшается до полной выработки ресурса бытового фильтра.

См. также

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

Литература

• «Использование ускорительной техники для изготовления ядерных мембран» Флеров 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 пьем. 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
• Сайт ОБЪЕДИНЕННОГО ИНСТИТУТА ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
• Ионно-трековая нанотехнология
• «Маленькое чудо из Дубны». Опубликовано в еженедельнике ОИЯИ «Дубна» № 16 (2009)
• Президент России Дмитрий Медведев в ОБЪЕДИНЕННОМ ИНСТИТУТЕ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
• Первый вице премьер России Сергей Иванов на производстве фильтров «NEROX», г. Дубна.
• «Свойства трековых мембран на основе полиэтиленнафталата»
• «УСТАНОВЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОР ТРЕКОВЫХ МЕМБРАН, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ПОЛИМЕРНОЙ ПЛЕНКИ ТЯЖЕЛЫМИ ИОНАМИ» А. Ф. Дьяченко
• Словарь нанотехнологических терминов
• «Формирование пор трековых мембран в полимерах, облученных высокоэнергетичными частицами» Доктор химических наук Виленский А. И.
• Трековая мембрана. Официальный сайт предприятия Симпэкс
• Официальный сайт предприятия Симпэкс на английском языке
• 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
• Трековая мембрана — продукт высоких технологий. Официальный сайт предприятия «Реатрек-Фильтр»