Однако затем рост замедляется, и при некотором давлении селективность достигает максимума, определяемого типом мембраны и природой удаляемых веществ.

От концентрации примесей селективность не зависит (в области малых концентраций).

Селективность нанофильтрации и обратного осмоса в отношении различных ионов в основном совпадает с рядом увеличения их энергии гидратации:

Н+ < NO3- < I- < Br- < Cl- < K+ < F- < Na+ < SO42- < Ba2+ < Ca2+ < Mg2+ < Cd2+< Zn2+ < Al3+

и в целом, как видим, растет с увеличением заряда иона. Вероятно, это связано с тем, что каждый ион в растворе не свободен, а гидратирован: он электростатически притягивает к себе окружающие молекулы воды, которые образуют что-то вроде 'шубы', причем размеры такого образования гораздо больше диаметра свободного иона и зависят в первую очередь от его заряда.

Представления о механизме разделения на мембранах

Легко объяснить, почему на мембранах задерживаются дисперсные частицы и крупные коллоиды: они по размерам просто больше, чем поры. Но для нано- и обратноосмотических мембран объяснение их плохой проницаемости для ионов растворенных солей совсем не очевидно. Хотя размеры пор крайне малы, но диаметры большинства простых ионов еще в несколько раз меньше. Упрощенные представления о том, что прохождение молекул воды и растворенных веществ через мембрану происходит так же, как просеивание твердых частиц через сито, очевидно, не соответствует действительности. Для таких явлений уже нельзя пренебрегать взаимодействием молекул и ионов друг с другом и с атомами твердого тела.

Существует ряд гипотез для описания транспортных процессов в мембранах.

Диффузионная теория: предполагается, что и молекулы воды, и ионы солей диффундируют через мембрану, но коэффициент диффузии у ионов гораздо ниже.

Капиллярная теория: вода проходит через мембрану как через систему капилляров, причем внутри капилляра она находится в связанном состоянии за счет образования водородных связей с поверхностными атомами; движение воды сопровождается разрывом одних связей и образованием новых. Поскольку ионы не образуют водородные связи, то для них такой способ прохождения капилляра невозможен.

Для гидрофильных мембран (поверхность которых хорошо смачивается водой) в результате адсорбции на стенках пор появляется слой чистой воды, и если диаметр пор не превышает удвоенной толщины такого слоя, то ионы растворенных соединений не могут пройти через них.

Вследствие структурирования воды в тонких порах уменьшается ее растворяющая способность и происходит как бы выталкивание частиц растворенного вещества из поры.

Дата добавления: 2015-07-15