UVOD:
Od membranskih separacijskih postupaka najveću praktičnu primjenu imaju
tlačni membranski postupci: mikrofiltracija (MF), ultrafiltracija (UF),
nanofiltracija (NF) i reverzna osmoza (RO). Osnovna razlika između ovih
postupaka je vrsta upotrijebljenih membrana (odnosno njihova veličina pora) i
tlak koji je potrebno primijeniti da bi došlo do uspješnog razdvajanja
komponenti u nekom sustavu. Za navedene membranske separacijske
postupke veličina pora pada od mikrofiltracije do reverzne osmoze, a time raste
radni tlak budući da je hidrodinamički otpor sve veći.
N A N O F I L T R A C I J A I R E V E R Z N A O S M O Z A
Nanofiltracija (NF)
definira se kao ''proces između reverzne osmoze i
ultrafiltracije koji zadržava molekule veličine 1–2 nm'' [14].
Tehnički se počinje primjenjivati u ranim 1980-im, uglavnom ciljano na
kombinirano mekšanje i uklanjanje organskih tvari [14].
Znaci ova metoda predstavlja odvajanje pomoću membrana koje su po
karakeristikama između ultrafiltracije i reversne osmoze.
Nanofiltracijske membrane dizajnirane su za uklanjanje viševalentnih iona
[15,16] (npr. kalcija i magnezija). Tlakovi koji se primjenjuju za nanofiltraciju
kreću se od 5 do 20 bara.
Reverzna osmoza (RO)
je tlačni membranski postupak gdje otopina prolazi
kroz gustu membranu koja zadržava soli i otopljene tvari niskih molekulskih
masa. Radni tlakovi za reverznu osmozu veći su od nanofiltracije i kreću se od
20 bara na više, ovisno da li se radi s bočatom vodom (20 – 40 bara) ili
morskom vodom (40 – 80 bara). Dakle, nanofiltracija i reverzna osmoza se
koriste kada se otopljene tvari malih molekulskih masa, kao što su anorganske
soli ili male organske molekule, moraju odvojiti od otapala.
Oba procesa smatraju se kao jedan proces zato što su osnovni principi isti.
Nanofiltracijske membrane slične su reverzno osmotskim samo je njihova
struktura otvorenija i negativno su nabijene. To utječe na razlike u zadržavanju
jednovalentnih i dvovalentnih iona. Nanofiltracijske i reverzno osmotske
membrane nalaze se između otvorenih poroznih membrana (MF i UF) i gustih
neporoznih membrana (pervaporacija). Zbog njihove velike otpornosti moraju
se koristiti značajno veći tlakovi da bi određena količina otapala prošla kroz
membranu.
Zahtevani radni pritisak za ove membrane je između 2 i 4
MPa i
daju viši
protok nego membrane
kod reversne osmoze, ali s druge strane
nanomembrane imaju manju sposobnost odvajanja nego membrane reversne
osmoze.
Usporedba koeficijenata zadržavanja između nanofiltracije i reverzne osmoze
Otopljena tvar
RO
NF
Jednovalentni ioni
(Na+, K+, Cl-,
NO3-)
> 98 %
< 50 %
Dvovalentni ioni
(Ca2+, Mg2+,
SO42-, CO32-)
> 99 %
> 90 %
Bakterije i virusi
> 99 %
< 99 %
Mikro otopljene
tvari (Mw > 100)
> 90 %
> 50 %
Mikro otopljene
tvari (Mw < 100)
0–99 %
0–50 %
Osmotski tlak javlja se kada su dvije otopine različitih koncentracija (ili čisto
otapalo i otopina) međusobno odijeljene propusnom membranom koja je
propusna (permeabilna) za otapalo (vodu), ali ne i za otopljenu tvar.
Kako bi voda mogla proći kroz membranu, radni tlak mora biti veći od
osmotskog tlaka otopine. Ako je radni tlak manji od osmotskog tlaka (Δ
P
< Δ
π
),
voda prolazi iz razrijeđene otopine (čista voda) prema koncentriranoj otopini jer
je kemijski potencijal molekula otapala u razrijeđenoj fazi puno viši (negativniji)
od potencijala u koncentriranoj fazi. Ova razlika u kemijskom potencijalu
uzrokuje protok molekula otapala iz razrijeđene u koncentriranu fazu (osmoza)
sve dok se ne uspostavi osmotska ravnoteža. Ako je radni tlak veći od
osmotskog tlaka (Δ
P
> Δ
π
), voda teče od koncentrirane strane prema
razrijeđenoj strani.
