Трековая мембрана

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Что такое трековые мембраны?[править | править вики-текст]

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 ИЦ-100, 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[править | править вики-текст]

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 путём 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[править | править вики-текст]

Мембрана изготовлена 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[править | править вики-текст]

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.

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[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • «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[править | править вики-текст]