3.4. Membránok és modulok

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A membrános gázszeparáció műveleténél a membrán anyagának döntő szerepe van az elválasztásban. Ezek a membránok lehetnek szervetlen anyagúak (kerámia, fémek), azonban a nagyobb volumenű alkalmazásoknál szinte kizárólag szerves polimerekkel találkozunk.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A szervetlen anyagú membránok lehetnek (Baker, 2012):

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

  • fémek – főként magas hőmérsékletű, membránreaktoros alkalmazásoknál elterjedtek;
  • kerámiák és zeolitok – szol-gél eljárással készülnek, főként csöves elrendezésűek;
  • „karbonizált” polimerek – ahol a polimer szerkezete, főként a szelektív, felső réteg a hő hatására alapvetően és előnyösen megváltozik;
  • kevert mátrixú membránok – kerámia-, karbonizált és zeolitmembránok felhasználásával készülnek.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

Az utóbbi időszakban az egyik legérdekesebb újítás a gázszeparációs membránok terén az ún. fémorganikus vázszerkezetek bevezetése volt (Bélafiné, 2020). Ezek a más néven szerves fémkoordinációs rendszerek (metal-organic frameworks, rövidítve MOF), különleges szerkezetek: tulajdonképpen nagy porozitású, kristályos anyagok (Li, 2019; Shekhah, 2018; Pekker, 2018). Felépítésüket tekintve hibridek, két fő szerkezeti egységből állnak: fémtartalmú szervetlen klaszterek alkotják a rácspontokat, amiket szerves molekulákból álló élek kötnek össze. Legérdekesebb jellemzőjük, hogy a kristályrács alkalmas kisebb molekulák befogadására, például H2 vagy CH4 tárolására. Az egyik legelterjedtebb a MOF-5 jelű anyag, ez kémiailag bázisos cink-tereftalát. Ezek a MOF-szerkezetek membránok anyagába is beépíthetők, s kivételes permeabilitású, szelektivitású membránok nyerhetők.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

Az ipari méretű gázszeparációs üzemeknél manapság szinte csak polimer membránokat használnak. A polimerek általános tulajdonságaival (polimerkémia), a gázszeparáció szempontjából fontos jellemzőivel a 4. fejezetben foglalkozunk.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A gázszeparáció leírásánál már egyértelműen kiderült, hogy az áteresztőképesség fordítottan arányos a membrán vastagságával. Ezért gázszeparációs célokra főként aszimmetrikus és kompozitmembránokat használnak, ahol a szelektív réteg a lehető legvékonyabb. Aszimmetrikus membránok előállíthatók például a bemártásos kicsapás technikájával a fázisinverzión belül (Bélafiné, 2002). Az így kapott membránok alkalmasak kompozitmembránok támasztórétegeként is. A kompozitmembránok rendkívül vékony, szelektív rétegét merítéses bevonatképzéssel, határfelületi, illetve plazmapolimerizációval készítik.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

E membránok esetén a hidrodinamikai ellenállást tehát a vékony szelektív réteg jelenti. Ennek a rétegnek teljességgel hibamentesnek kell lennie, mivel a hibák erőteljesen csökkentik a szelektivitást – anélkül, hogy a fluxust jelentősen növelnék. Üveges állapotú polimerből meglehetősen nehéz hibamentes aktív réteget készíteni. Az is előfordulhat, hogy az aktív réteg molekulái behatolnak a támasztórétegbe, és a membrán teljes ellenállása megnő. Ezért néha egy nagy áteresztőképességű harmadik réteget visznek fel az aktív réteg és a támasztóréteg közé. Ez lehet például poli-dimetil-xilán, amely mintegy közbülső, ragasztó réteg funkcionál, és egyrészt elősegíti a hibamentes aktív réteg készítését, másrészt megkönnyíti a szelektív réteg felvitelét a támasztórétegre.

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

A membránmodulok, konfigurációjukat tekintve, lehetnek lap-, spirál-, cső-, illetve kapilláris modulok, melyek közül gázszeparációs célra leginkább az utóbbiakat alkalmazzák; ezek előnye a nagy membránkitöltési sűrűség, vagyis a térfogategységre jutó aktív membránfelület nagysága (~500–1000 m2/m3). A kapilláris moduloknál az utóbbi időszak fejlesztései közé tartozik, hogy a membránszálak modulba ragasztásánál a szálakat nem egymással párhuzamos kötegekbe rendezik, hanem kisebb tekercseket képeznek, és így kedvezőbb áramlási tulajdonságok alakíthatók ki. A 3.2. ábra egy ilyen modul képét mutatja.
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

3.2. ábra. Újszerű tekercseléssel gyártott kapilláris membránmodul
 

Jegyzet elhelyezéséhez, kérjük, lépj be.!

Összefoglalva: a pórusmentes membránon keresztül megvalósítható gázszeparációs eljárások többségénél rendkívül vékony szelektív réteggel rendelkező polimer membránokat alkalmaznak kapilláris vagy spirálmodulokban, és általában nagy transzmembrán nyomást kell beállítani a megfelelő működtetéshez az elfogadható fluxus, illetve szelektivitás eléréséhez.
Tartalomjegyzék navigate_next
Keresés a kiadványban navigate_next

A kereséshez, kérjük, lépj be!
Könyvjelzőim navigate_next
A könyvjelzők használatához
be kell jelentkezned.
Jegyzeteim navigate_next
Jegyzetek létrehozásához
be kell jelentkezned.
    Kiemeléseim navigate_next
    Mutasd a szövegben:
    Szűrés:

    Kiemelések létrehozásához
    MeRSZ+ előfizetés szükséges.
      Útmutató elindítása
      delete
      Kivonat
      fullscreenclose
      printsave