MEMBRÁNMŰVELETEK. Pécs Miklós: Biotermékek izolálása. BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 1

Hasonló dokumentumok
Membránműveletek (Környezetbarát eljárások)

Elméleti összefoglalás a membrán-szeparációs műveletekhez

Szűrés. Gyógyszertechnológiai alapműveletek. Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológia és Biofarmáciai Intézet

8.13. Szőrési gyakorlat laboratóriumi membránszőrı berendezésen I. Ultraszőrés (ultrafiltration, UF)

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás I.

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Orvosi Fizika 10. Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Szabó Anita Egyetemi adjunktus BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék

Fordított ozmózis. Az ozmózis. A fordított ozmózis. Idézet a Wikipédiából, a szabad lexikonból:

Oldatok - elegyek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

IPARI KINYERÉSTECHNIKA GYAKORLAT BIOMÉRNÖK MSc

IV. Pervaporáció 1. Bevezetés

MARKETINFO MARKETINFO MARKETINFO MARKETINFO MARKETINFO MARKETINFO MARKETINFOM

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

BIOFIZIKA I OZMÓZIS Bugyi Beáta (PTE ÁOK Biofizikai Intézet) OZMÓZIS

BIOTERMÉKEK IZOLÁLÁSA avagy A BIOLÓGIAI IPAROK ELVÁLASZTÁSI MŰVELETEI

egyetemi tanár Nyugat-Magyarországi Egyetem

Oldatok - elegyek. Többkomponensű homogén (egyfázisú) rendszerek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

13.Membrán-szeparációs műveletek

Folyadékmembránok. Simándi Béla BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék /65

Zn-tartalmú szennyvíz membránszűrése. Dr. Cséfalvay Edit, egyetemi tanársegéd BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

OZMÓZIS. BIOFIZIKA I Október 25. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

A Kis méretű szennyvíztisztító és víz. Shenzen projekt keretén belül

8.12. Elméleti összefoglalás a membránszétválasztó mőveletekhez

Vízminőségi problémák megoldása felszíni vízműben ÉRV ZRt - Lázbérc Kulcsár László Divízióvezető

Szemelvények a Vegyipari műveletek II. jegyzetből a Környezetbarát eljárások tárgyhoz

Környezetvédelmi műveletek és technológiák 4. EA. Víz fertőtlenítése Bodáné Kendrovics Rita Óbudai Egyetem RKK KMI 2010

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM VEGYÉSZMÉRNÖKI ÉS BIOMÉRNÖKI KAR

A membrán-szeparáció és annak hatékonyságát növelő kombinált eljárások kutatása a Szegedi Tudományegyetem Mérnöki Karán

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Norit Filtrix LineGuard

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós

Művelettan 3 fejezete

Tárgyszavak: kapilláris, telítéses porometria; pórustérfogat-mérés; szűrés; átáramlásmérés.

Termodinamikai egyensúlyi potenciál (Nernst, Donnan). Diffúziós potenciál, Goldman-Hodgkin-Katz egyenlet.

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Membránszeparációs műveletek. Dr. Cséfalvay Edit

Ivóvíz arzéntartalmának eltávolítása membrántechnológiával

MELLÉKLET. a következőhöz: A BIZOTTSÁG (EU).../... FELHATALMAZÁSON ALAPULÓ RENDELETE

Oktatói önéletrajz. Dr. Vatai Gyula. Karrier. egyetemi tanár. Élelmiszertudományi Kar Élelmiszeripari Műveletek és Gépek Tanszék

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

Agrár-környezetvédelmi Modul Talajvédelem-talajremediáció. KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc

Membrántechnológiai kihívások a felszíni vizek kezelésében, Lázbércen Molnár Attila Műszaki igazgató

Alapismeretek. Szilárd és folyékony fázis elválasztása. Szitahatás vagy három dimenziós szűrés

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

Sejtek membránpotenciálja

Tejsavasan erjesztett savó alapú ital kifejlesztésének membrán-szeparációs és mikrobiológiai alapjai

Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

PHYWE Fizikai kémia és az anyagok tulajdonságai

Szakértesítő 1 Interkerám szakmai füzetek A folyósító szerek viselkedése a kerámia anyagokban

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Biofizika I. OZMÓZIS. Dr. Szabó-Meleg Edina PTE ÁOK Biofizikai Intézet

HUMANCORP LABORATÓRIUMI TISZTÍTOTT VÍZ ELÕÁLLÍTÁS. rendszerek A ZENEER RO

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Reológia Mérési technikák

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Kolloidkémia 5. előadás Határfelületi jelenségek II. Folyadék-folyadék, szilárd-folyadék határfelületek. Szőri Milán: Kolloidkémia

Többkomponensű rendszerek. Diszperz rendszerek. Kolloid rendszerek tulajdonságai. Folytonos közegben eloszlatott részecskék - diszperz rendszerek

6B. Előadás Élelmiszeripari műveletek mikrobiológiai vonatkozásainak áttekintése

Az Európai Unió Tanácsa Brüsszel, február 1. (OR. en)

BIOMASSZA SZEPARÁLÁSÁRA ALKALMAS MECHANIKAI MÓDSZEREK ÉS BERENDEZÉSEK

MEMBRÁNSZŰRÉS HATÉKONYSÁGÁNAK JAVÍTÁSA KOMBINÁLT MÓDSZEREK ALKALMAZÁSÁVAL IPARI SZENNYVIZEK TISZTÍTÁSA SORÁN

A veresegyházi szennyvíztisztító telep fejlesztése membrántechnológia alkalmazásával. Prókai Péter

MASZESZ. Vízipari újdonságok, fejlesztések, innovációk. ReWater konténeres ivóvíztisztító rendszer. Lajosmizse,

5. Laboratóriumi gyakorlat

Kapilláris elektroforézis

INTENZIFIKÁLÓ MŰVELETEK HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA BIOMASSZA ENERGETIKAI HASZNOSÍTÁSA SORÁN

FEKETERIBISZKE-LÉ ÉS VÖRÖSBOR BESŰRÍTÉSE INTEGRÁLT MEMBRÁNMŰVELETEK ALKALMAZÁSÁVAL. Doktori (Ph.D.) értekezés tézisei BÁNVÖLGYI SZILVIA

Az extrakció. Az extrakció oldószerszükségletének meghatározása

Fehérjék elválasztására alkalmazható mikrofludikai rendszerek Bioanalyzer, LabChip rendszerek. A készülékek működési elve, felépítésük, alkalmazásuk.

Működésbiztonsági veszélyelemzés (Hazard and Operability Studies, HAZOP) MSZ

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Dr. Kopecskó Katalin

Nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC)

3. Mérőeszközök és segédberendezések

a természet logikája

Ipari vizek tisztítási lehetőségei rövid összefoglalás. Székely Edit BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Természetes vizek, keverékek mindig tartalmaznak oldott anyagokat! Írd le milyen természetes vizeket ismersz!

TALAJOK RÉZMEGKÖTŐ KÉPESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA OSZLOPKÍSÉRLETEK SEGÍTSÉGÉVEL

gyártásautomatizálás folyamatszabályozás, folyamatirányítás szűréstechnika

Magyar-szerb határon átnyúló szakmai együttműködés az arzénmentes ivóvízért (IPA projekt)

valamint a hőmérsékletet. Először az élelmiszerekben megtalálható koncentrációhoz képes magasabb 1-2%-os koncentráció tartományban, majd a reális,

Az atom- olvasni. 1. ábra Az atom felépítése 1. Az atomot felépítő elemi részecskék. Proton, Jele: (p+) Neutron, Jele: (n o )

Az elválasztás elméleti alapjai

Ellenáramú hőcserélő

Szilvásvárad Szalajka vízmű, PALL membrán tisztítás kérdései üzemeltetési szempontból Pintér János

1. téma A diffúziós mintavételi technika és korlátai

GALAKTURONSAV SZEPARÁCIÓJA ELEKTRODIALÍZISSEL

Vizek mikro-szennyezőinek eltávolítására kifejlesztett nanoszűrők szorpcióképes ciklodextrin tartalmának vizsgálata

Folyamatirányítás. Számítási gyakorlatok. Gyakorlaton megoldandó feladatok. Készítette: Dr. Farkas Tivadar

Művelettan 3 fejezete

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

Elegyek. Csonka Gábor 2008 Általános Kémia: oldatok 1 dia

AQUAFILTER EXCITO-B ÁSVÁNYI ANYAGOT MEGTARTÓ VÍZTISZTÍTÓ HELYEZÉSI SEGÉDLET V2. 1.oldal

1. feladat Összesen 8 pont. 2. feladat Összesen 18 pont

Átírás:

MEMBRÁNMŰVELETEK A klorid ionok a koncentráció különbség hatására megindulnak a jobboldali térbe. A fehérje ionok nem tudnak behatolni a bal oldali térbe. H 2 O Dr. Pécs Miklós Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék A klorid ionok negatívvá teszik a jobb oldali teret ennek hatására a nátrium ionok is megindulnak jobbra. A jobb oldali térben nagyobb lesz a koncentráció (klorid és nátrium ion többlet) ennek hatására ozmózis lép fel: a víz is diffundálni kezd a jobb oldali térbe. 1 4 MEMBRÁNMŰVELETEK 2. Koncentráló lépés(ek) a nagyobb mennyiségben jelen lévő szennyezéseket, elsősorban a vizet választjuk el. Jellemző műveletek: Extrakció Adszorpció MEMBRÁNSZŰRÉS Csapadékképzés (bepárlás, desztilláció) Hogyan kerül ez a rendszer egyensúlyba? Sem a koncentrációk, sem a töltések, sem az ozmózisnyomás nincsenek egyensúlyban! A kémiai potenciálok válnak egyenlővé! µ i = µ i0 + S i T + V i p + RTlna i + z i Fϕ +... A membrántranszportnak többféle hajtóereje lehet! 2 5 Bevezetés A membrán közbenső fázis két fluidum között, amelyen szelektív anyagtranszport folyik. A transzportok hajtóerejének megértéséhez végezzünk el egy gondolatkísérlet: Ultraszűrő membránnal válasszunk ketté egy folyadékteret, amelyben azonos koncentrációban vannak jelen az alábbi anyagok: Mi történik? A membrános elválasztások csoportosítása Belépő fluidum Kilépő fluidum Gázpermeáció gáz gáz koncentráció v. parciális nyomás Pervaporáció oldat gáz koncentráció v. parciális nyomás Dialízis oldat oldat koncentráció különbség gáz gáz kismol. anyagok Elektrodialízis oldat oldat elektromos tér ionok nagymol. anyagok Reverz omózis oldat oldat nyomás oldószer Ultraszűrés oldat oldat nyomás kismol. anyagok Mikroszűrés szuszpenzió oldat nyomás nagymol. anyagok Szűrés szuszpenzió szuszpenzió nyomás kolloid részecskék nagymol. anyagok kolloid részecskék Hajtóerő Átlép Visszamarad makrorészecskék 3 6 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 1

Gázpermeáció - gázelegyben egyes komponensek feldúsítása, molekulaszita (Hagyományos) elektrodialízis Pervaporáció folyadék komponensei anyagi minőségüktől függő mértékben oldódnak be a membrán anyagába és a túloldalon gőz formájában lépnek ki hajtóerő: komponens egyensúlyi gőznyomása és a gőztér nyomása közti különbség vákuum biotechnológiai alkalmazása: etanol fermentáció analitikai alkalmazása: közvetlen mintavételezés a fermentorból tömegspektrometriás méréshez 7 10 Bipoláris elektrodialízis Dialízis fehérjék kis molekulatömegű szennyezéseinek eltávolítása (pl. kisózás után) hajtóerő: koncentráció- különbség mechanizmus: diffúzió laboratóriumi alkalmazás: dializáló hüvely orvosi alkalmazás: művese Bipoláris membránok: anion- és kationcserélő réteget tartalmaznak. Áram hatására a víz disszociál H + és OH - ionokat ad le. 8 11 Elektrodialízis hajtóerő: elektromos tér egyenfeszültség mechanizmus: diffúzió szelektivitás: az anion- és kationcserélő membránok csak a kötődő ionokat engedik át. elektromos ellenállás: 3-20 Ω/cm 2 (0.5 M NaCl oldattal egyensúlyban) iontranszportszám: 0.85-0.95 elektroozmózis: 100-200 cm 3 víz/szállított ekvivalens ion ellenirányú diffúzió Az elektrodialízis alkalmazásai: nagytisztaságú víz előállításához előkezelésként brakkvizek sótalanítása só előállítása tengervízből tejipari alkalmazások fermentációs felhasználások Bipoláris elektrodialízis: savak felszabadítása sókból (pl. tejsav) borok savcsökkentése 9 12 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 2

MEM BRÁNSZŰRÉ SEK Membránműveletek mérettartománya Fordított (reverz) ozmózis (RO) - hajtóerő: nyomás (20-100 bar) - mérettartománya: 20-500 Dalton - membrán: nincs valódi pórus - alkalmazások: tengervíz sótalanítása kazántápvíz előkészítése különlegesen tiszta vizek előállítása (szövettenyésztés, oltóanyagkészítés) 13 16 Membránműveletek mérettartománya A fordított ozmózis elve Ionok, kis molekulák fordított (reverz) ozmózis Makromolekulák ultraszűrés Lebegő, szilárd részecskék mikroszűrés 14 17 Az ultraszűrő membrán keresztmetszete és a különböző részecskék méretviszonyai Nanoszűrés: Újabban a reverz ozmózison belül megkülönböztetik a 100-500 Daltonos tartományt: hajtóerő: nyomás (kisebb, 10-30 bar) alkalmazások: kis molekulák közötti szelektív elválasztás, pl. savak és cukrok 15 18 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 3

Az elméleti koncentrációprofil Ultraszűrés (UF) A diffundáló oldott anyag árama: mérettartománya: 500 100 000 Da valódi pórusok: 1 1000 nm méret szerinti elválasztás hajtóerő: nyomás (2-20 bar) D L K P m pórusátmérő pórus hossza megoszlási hányados permeabilitás 19 22 A membrános elválasztások elmélete Mikroszűrés Nyomáskülönbség hatására létrejövő komponens áram lebegő, szilárd részecskék elválasztása jól definiált pórusok: 0,1 1 µm D Arcy törvénye: Szitahatás élő sejtek visszatartása élelmiszeripari alkalmazása: oldatok sterilezése Hagen-Poiseuille törvény: 20 23 A membrános elválasztások elmélete A membrános elválasztások elmélete Koncentrációkülönbség hatására létrejövő komponens áram Ozmózisnyomás-különbség hatására létrejövő komponens áram Fick törvény: Van t Hoff törvény: Eredő szűrletáram: Megoszlási hányados: Visszatartóképesség: 21 24 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 4

KONCENTRÁCIÓS POLARIZÁCIÓ A membrános elválasztások elmélete Eltérések az elméleti koncentrációprofiltól Anyagáram Gélpolarizáció az oldószerre: az oldott komponensekre: diffúziós transzport konvekciós transzport 25 28 Eltérések az elméleti koncentrációprofiltól Eltérések az elméleti koncentrációprofiltól Koncentrációs polarizáció A határrétegben: J K c v = ln c gélesedési bulk Ellenállásokkal felírva: 26 29 Eltérések az elméleti koncentrációprofiltól A technológiai paraméterek hatása Állandósult állapotban: Nyomáskülönbség hajtóerő: a konvekció a membrán felületére = = ellenirányú diffúzió a főtömegbe J c v bulk = D c J v = ln x c D dc dx felületi bulk 27 30 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 5

A nyomáskülönbség hatása a membránszűrés sebességére A fehérjekoncentráció hatása a membránszűrés sebességére D c J v = ln x c felületi bulk 31 34 A technológiai paraméterek hatása A technológiai paraméterek hatása Tangenciális sebesség (keresztáramú szűrés, tangenciális szűrés) Optimális áramlási sebesség meghatározása: az áramlás gyorsítása növeli a szűrési sebességet és a retenciót de nő a szivattyúzás energiaigénye és a rendszer melegedése. A turbulencia jellemezhető: Re szám P/V nyírósebesség A membrán (ifjú)kora A vadonatúj membrán tulajdonságai a legelső használatba vételnél erősen megváltoznak. A membrán öregedésére ható legfontosabb tényezők: a fehérjék adszorpciója a membrán felületén (irreverzibilis) gél vagy rétegképződés a felületen szilárd részecskék (sejttörmelékek), vagy fehérjék "beszorulása" a membrán pórusaiba 32 35 A permeát fluxus és a nyírósebesség összefüggése Az új membrán tulajdonságainak változása D c J v = ln x c felületi bulk 33 36 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 6

A membrán előéletének hatása Alapfogalmak membrán szelektivitása: σ = 1- c p c r vágási (cutoff) érték: az a molekulatömeg, amelyet az adott membrán 90 %-ban (más konvenció szerint 50 %-ban) visszatart. 37 40 A technológiai paraméterek hatása Vágási görbék Hőmérséklet viszkozitás, adszorpciós folyamatok egyensúlyi viszonyai, molekulák diffúziós állandói, membrán anyagának tulajdonságai változnak. 38 41 A technológiai paraméterek hatása Káros hatások minimalizálása: koncentrációs polarizáció csökkentése adszorpció és aggregáció minimalizálása Tisztítás, regenerálás: mosás kémiai kezelés (erős savak és/vagy bázisok) proteolítikus enzimekkel permeabilitás (L P ) vagy vízérték: a tiszta oldószer (ionmentes víz) fluxusa a membránon üzemi nyomáson és hőmérsékleten. [m 3 /m 2 h] vagy [m 3 /m 2 h bar] folyadékáramok: betáplálás (feladás, input) ( V 0 ; c 0 ) membránon áthaladó anyag: szűrlet = permeátum (V P ; c P ) visszatartott anyag: koncentrátum = retentát (V r ; c r ) 39 42 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 7

Membránszűrő berendezés folyamatábrája Membrános koncentrálás folyamatábrája mi ultras 43 46 koncentrációs faktor (CF): a visszatartott komponensek betöményítésének mértékét adhatjuk meg vele: A koncentrálás differenciális anyagmérlege: ahol: kihozatal (recovery): a megszűrt, megtisztított oldat mennyiségére jellemző: integrálva: összefüggésük: 44 47 Koncentrálás membránnal Az oldat keringetése során az oldószer és a vissza nem tartott komponensek folyamatosan távoznak a rendszerből, ezáltal a térfogat csökken, azaz a visszatartott komponensek koncentrációja növekszik. Anyagmérleg: Elválasztás membránszűréssel A különböző visszatartást az eltérő σ értékek számszerűsítik. Azonos σ értékek esetén az elválasztás nem valósítható meg. Elválasztás vizsgálatához: 45 48 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 8

Diaszűrés Víz hozzáadásával és szűrlet formájában való elvételével a kis molekulatömegű anyagokat szelektíven eltávolítják, kimossák az oldatból. Állandó retentát térfogat: Teljes visszatartás esetén (nagy molekulatömeg, σ = 1): Kis molekulájú anyagoknál (σ = 0): a koncentráció nem csökken. a koncentráció exponenciálisan csökken. 49 52 A diaszűrés folyamatábrája Diaszűrés Vvíz V0 1 2 3 4 5 10 Eltávolítás, % 63.2121 86.4665 95.0213 98.1684 99.3262 99.9995 Cr/Co Diaszűrés 1,2 1 0,8 nincs visszatartás 0,6 teljes visszatartás 0,4 0,2 0 0 2 4 6 8 10 Vvíz/Vo 50 53 A diaszűrés anyagmérlegei A diaszűrés anyagmérlegei Anyagmérleg: Elválasztás, tisztítás diaszűréssel mivel V R = V 0 = állandó: integrálva: két komponensre: 51 54 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 9

Az ultraszűrés munkavonala Térfogatáram: konstansokkal felírva: Átlagos fluxus: Szűrési idő: 55 58 Az ultraszűrés munkavonala A folyamatos membránszűrés folyamatábrája 56 59 A membránszűrés munkavonala munkapont A koncentrációs faktor értelmezése megváltozik: CF betáplált térfogatáram koncentrátum térfogatáram W W = = 0 = r állandó Folyamatos működés állandósult állapot a paraméterek az idővel alig változnak csak a membrán "öregedése miatt Állandó retentát oldali koncentráció állandó fluxus a munkapont nem vándorol legnagyobb fluxus értéken működik a berendezés állandóan a 57 60 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 10

TÖBBLÉPCSŐS ULTRASZŰRŐK MÉRETEZÉSE A többlépcsős folyamatos membránszűrés folyamatábrája A membránok jellemzői Ha a membrán rétegei eltérő anyagból készülnek, akkor beszélünk összetett, vagy kompozit membránról. Hagyományos szénalapú polimer hártyát szinte bármely hordozóra fel lehet vinni, de előfordulnak teljesen szervetlen rendszerek is, pl. fémoxid bevonat szinterelt kerámián. A folyadékmembránok nem elegyedő folyadékréteget képeznek, amely szelektíven engedi át a különböző komponenseket két permeábilis film között, folyadék felszínén, emulgeáló szerekkel vagy anélkül is létrehozható. 61 64 Teljes és szűrt fermentlé membránszűrésének összehasonlítása A membránok jellemzői Membránok előállítása Alapanyagok: regenerált cellulóz polimerek (teflon, poliszulfon, poliakrilnitril, PVC, poliészter, polietilén, polipropilén) kerámia fémek Tendencia: egyre ellenállóbb, magasabb hőmérsékleten és extrém ph értékeken is használható membránok. 62 65 A membránok jellemzői A membránok jellemzői Membránok csoportosítása Szerkezet szerint: izotróp vagy anizotróp Módszerek: vizes kicsapás (lap, cső-, és üregesszál membránok előállítására) illékony oldószerben oldott polimerek esetében a felületről elpárolgó oldószerből filmréteg marad vissza kicsapás hűtéssel szintereléssel (porkohászati úton) (kerámia, fémek, teflon) extrudálással ill. húzással 63 66 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 11

Pécs Miklós: Biotermékek izolálása A membránok jellemzői Lapmembrán modulok Pórusok utólagos létrehozásának eszközei: nyújtás (a pórusok közel azonos méretűek, de nem kör keresztmetszetűek) lézersugaras perforálás bombázás elemi részecskékkel (a besugárzás következtében létrejött szerkezeti hibákat maratófürdőben tágítják pórusokká) 67 70 Membránmodulok Csőmembrán modulok Hordozóval, távtartókkal, csatlakozókkal, burkolattal ellátott cserélhető egységek az un. membránmodulok. cső formájú membránok (turbulens áramlás is lehet) csőmembránok (belméret 12-25 mm, belső és külső merevítésűek, 6-20 cső egy modulban, egyszerű tisztítás, nagy helyigény) Főbb kialakítási típusaik: sík formájú membránok (csak lamináris áramlás) lapmembránok (legrégebbi, több rétegű lehet, eltömődésre hajlamos, könnyen javítható) 68 Lapmembrán modulok 71 Membránmodulok üregesszál (hollow fiber) membránok (belméret 0,5-1,5 mm, üzemi nyomás korlátozott, több száz szál egy modulban 69 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 72 12

Membránmodulok Ipari membránszűrő telep o Membran 73 76 Membránmodulok mikrokapilláris membránok belméret 5-20 µm, több millió kapilláris egy modulban, nagy nyomásesés, kis áramlási sebesség Szervetlen (kerámia, fém) modulok Szinterelés : porkohászati formázás. Az elválasztás a járatok belső felületén kialakított vékony, szűkebb pórusú kerámiarétegen történik. 74 77 Membránmodulok spirális membránmodulok: feltekercselt zsákszerű membránokból áll. Távtartó hálók. Nem javítható. Szinterelt membránok A permeátum a kerámia test pórusaiban vándorolva a hasáb külső felületén jelenik meg. 75 78 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 13

Szinterelt membránok A gáz-folyadék határfelület kapillárisban Szinterelt kerámia hasáb, amelyben párhuzamosan csőszerű járatok futnak. 79 82 Üzemközi membránvizsgálat. Buborékpont meghatározása Üzemközi membránvizsgálat. Buborékpont meghatározása Az erőegyensúly: Mikor kell cserélni a használt membránt? vizsgálatok vízérték, integritásvizsgálat. üzemközi Vízérték: fehérjék adszorpciója irreverzibilis változásokat okoz vizsgálat: köbözés Ha fokozatosan növeljük a gáz nyomását, akkor elsőként a legnagyobb átmérőjű pórusból szorul ki a folyadék, tehát az áttörési nyomás (buborékpont) jellemző a legnagyobb pórus méretére. 80 83 Üzemközi membránvizsgálat. Buborékpont meghatározása A buborékpont meghatározás térfogatáramgörbéje Integritásvizsgálat: buborékpont meghatározás elsősorban hidrofil, mikropórusos membránoknál használható alapelv: ha egy kapillárisból gáznyomással szorítjuk ki a folyadékot, a nyomás és a kapilláris átmérője fordítottan arányos egymással. 81 84 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 14