Nanoszűrés

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A nanoszűrés (NF) a membránszűrési műveletek csoportjának (amely a fordított ozmózist, a nanoszűrést, az ultraszűrést és a mikroszűrést foglalja magába) egyik ága. Az NF során a membránon keresztüli szelektív anyagtranszport hajtóereje a membrán két oldala között létrehozott nyomáskülönbség. Az alkalmazott transzmembránnyomás jellemzően 10-30 bar. A nanoszűrők vágási értéke 150 (200) – 800 (1000) Dalton közötti, elméleti pórusmérete a nanométer közeli vagy szubnanométeres tartományban mozog. Készülhetnek szerves polimer vagy szervetlen kerámiaanyagból. Bár a nanoszűrők számos hasonlóságot mutatnak mind az ultraszűrő (UF), mind a fordított ozmózis (RO) membránokkal, de a szétválasztási tulajdonságok egy olyan egyedülálló kombinációjával rendelkeznek, amely alapján jól elhatárolhatók a membránszűrés többi ágától. A legfontosabb, sajátos tulajdonságok a következőek:[1]

  • Többértékű anionok, mint például szulfát (SO42-) és foszfát (PO43-), visszatartása magas vagy közel teljes.
  • A nátrium-klorid-visszatartás alacsony, jellemzően a 0% és 70% közötti tartományban mozog. (A Donnan-hatás következményeként egyes esetekben negatív NaCl-visszatartás is megfigyelhető.)
  • A töltéssel nem rendelkező oldott anyagok visszatartása elsősorban az adott molekula méretétől (pontosabban a molekulaméret és az adott NF membrán elméleti pórusméretének viszonyától) függ.

Története[szerkesztés]

Bár a ma nanoszűrőkként ismert polimer membránok első generációját már az 1970-es években kereskedelmi forgalomba helyezték,[2] ezekre kezdetben nyitott-RO (angolul „loose/open RO”) ill. zárt-UF (angolul „tight UF”) membránokként hivatkoztak. Magát a nanoszűrés ( angolul nanofiltration) kifejezést a FilmTec Corporation (ma Dow Chemical Company[3]) használta először az 1980-as években egy olyan polimer membránjuk marketingkampánya során, amely alacsony klorid- és magas szulfátvisszatartás mellett meglepően magas vízfluxussal rendelkezett – azaz olyan tulajdonságokkal bírt, amik kombinációja sem az addig ismert RO-, sem az UF-membránokra nem volt jellemző. A „nanoszűrés” kifejezést akadémiai kutatók[4] és ipari membrános szakemberek is átvették, s pár év alatt elterjedt a világon. Ma már a nanoszűrés kifejezés nem csupán egy membránanyagot jelöl, hanem egy eljárást: a nanoszűrés a membrános műveletek egy önálló ága.

Alkalmazási területek[szerkesztés]

Ipar / részterület Kezelendő oldat Feladat Visszatartott főbb komponensek Átengedett főbb komponensek Forrás
Élelmiszeripar/ cukorgyártás színanyagok eltávolításához használt ioncserélők eluense eluensek regenerálása, KOI csökkentés színanyagok víz, NaCl [5]
Élelmiszeripar/ tejipar tejsavó ill. tejsavó UF permeátuma elősűrítés és (részleges) sótlanítás fehérjék, laktóz, ásványi sók (főleg többértékű sók) sók jelentős része [6]
Biotechnológia/ gyógyszergyártás (előkezelt/előszűrt) fermentlé antibiotikumok (200-1200 Da) kinyerése polipeptidek, aminoglikozidok, tetraciklinek, makrolidek médium kis molekulaméretű komponensei (<<200-1200 Da), sók [7]
Biotechnológia/ gyógyszergyártás (gazdasejtektől megtisztított) fermentlé vakcina-vírusok besűrítése és tisztítása vírusok médium komponensei, kis molekulatömegű metabolitok [8]
Vegyipar/ textilipar ipari szennyvíz kezelése színanyagok és vegyszerek visszaforgatása a termelésbe színanyagok/pigmentek, polivinil-alkohol egyértékű ionok nagy része, többértékű ionok kis része [9]
Vegyipar/ olajipar kenőolaj oldószeres extraktuma oldószerek visszaforgatása, kenőolaj kinyerés kenőolaj frakció (paraffinok) oldószerek (toluol, MEK) [10]
Vegyipar/ vízkezelés felszíni és felszín alatti vizek kis molekulaméretű szennyezőanyagok (>100-500 g/mol) eltávolítása szerves (szín-, szag-) anyagok, huminsavak, peszticidek, keménységért felelős sók (CaCO3) víz, egyértékű ionok nagy része, többértékű ionok kis része [11]
Vegyipar/ vízkezelés kazántápvíz vízkeménység csökkentése ásványi sók (főleg többértékű sók) víz, egyértékű sók jelentős része [12]

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. Waite, Thomas D; Schaefer, A. I & Fane, A. G (2005), Nanofiltration : principles and applications (1st ed ed.), Elsevier, ISBN 978-1-85617-405-3
  2. Stavenger, Paul L. (1973. november 26.). „Industrial processing with membranes, Robert E. Lacey and Sydney Loeb, Interscience, New York (1972). 348 pages. $17.50” (angol nyelven). AIChE Journal 19 (1), 207–207. o. [2019. június 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1002/aic.690190145. ISSN 1547-5905. (Hozzáférés: 2019. június 17.)  
  3. https://www.dow.com/en-us
  4. Eriksson, Peter (1988. november 26.). „Nanofiltration extends the range of membrane filtration” (angol nyelven). Environmental Progress 7 (1), 58–62. o. DOI:10.1002/ep.3300070116. ISSN 1547-5921.  
  5. Cartier, S., M. (1997. november 1.). „Treatment of sugar decolorizing resin regeneration waste using nanofiltration”. Desalination 113 (1), 7–17. o. DOI:10.1016/S0011-9164(97)00110-0. ISSN 0011-9164.  
  6. Román, A., A. (2012. november 26.). „Modeling of Diafiltration Processes for Demineralization of Acid Whey: An Empirical Approach” (angol nyelven). Journal of Food Process Engineering 35 (5), 708–714. o. DOI:10.1111/j.1745-4530.2010.00619.x. ISSN 1745-4530.  
  7. Li, Jing (2010. május 1.). „Applications of membrane techniques for purification of natural products” (angol nyelven). Biotechnology Letters 32 (5), 601–608. o. DOI:10.1007/s10529-009-0199-7. ISSN 1573-6776.  
  8. Grein, Tanja A., Mehrdad (2013. november 26.). „Membrane Supported Virus Separation from Biological Solutions” (angol nyelven). Chemie Ingenieur Technik 85 (8), 1183–1192. o. DOI:10.1002/cite.201200241. ISSN 1522-2640.  
  9. Cuhorka, Jiří (2012. szeptember 14.). „Nanofiltration Process Efficiency in Liquid Dyes Desalination” (angol nyelven). Advancing Desalination. DOI:10.5772/50438.  
  10. White, Lloyd S (2000. november 15.). „Solvent recovery from lube oil filtrates with a polyimide membrane”. Journal of Membrane Science 179 (1), 267–274. o. DOI:10.1016/S0376-7388(00)00517-2. ISSN 0376-7388.  
  11. Shahmansouri, Arash (2015. február 1.). „Nanofiltration technology in water treatment and reuse: applications and costs” (angol nyelven). Water Science and Technology 71 (3), 309–319. o. DOI:10.2166/wst.2015.015. ISSN 0273-1223.  
  12. Boiler Feed Water Treatment for Industrial Boilers and Power Plants (angol nyelven). WaterWorld, 2004. november 1. (Hozzáférés: 2019. június 17.)