ممبرانهای پلیمری(آلی)
این ممبرا نها بر مبنای ساختار فیزیکی خود به سه دسته هموژن (متقارن)، غیرهموژن(نامتقارن ) و کامپوزیتی تقسیم می شوند. برخی از معایب اصلی ممبرانهای پلیمری عبارتند از : محدوده باریک دمای مجاز ، مقاومت مجاز، است حکام مکانیکی کم، رخداد تجزیه زیستی، کمی pH اندک در برابر حمله شیمیایی، محدوده باریک عمر مفید.
ممبرانهای غیرآلی
ممبرانهای غیر آلی از موادی مانند سرامی ک ها، فلز ات، گرافیت یا ترکیب آنها ساخته م ی شوند ولی در این تحقیق منظور از ممبرا ن های غیرآلی، انواع سرامیکی می باشد و تمرکز تنها بر روی همین دسته خواهد بود.
هدف از ساخت ممبران های سرامیکی کاهش و یا حذف برخی محدودیت های انواع پلیمری می باشد . این ممبران ها در شرایط سخت به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند ؛ ج اییکه ممبرا ن های پلیمری عملکرد مطلوبی نداشته و یا قادر به انجام فرایند نخواهند بود . اکسید های فلزی (آلومینا، زیرکونیا، تیتانیا، ..)
متداولترین مواد سرامیکی مصرفی برای ساخت این ممبران ها هستند و از پایه های معمول می توان از آلومینا و کاربید سیلیسیوم و ... نام برد . این پایه ها نه تنها حداکثر نفوذپذیری ممبران را تامین می سازند بلکه پایداری مکانیکی ممبران ر ا نیز به مقدار زیادی افزایش می دهن ممبران های سرامیکی، استحکام مکانیکی بالا و همچنین مقاومت به سایش بالاتری را از خود نشان می دهند و همچنین در اثر فشرده شدن ساختار تحت فشارهای اعمالی و گذشت زمان تجزیه نخواهند شد ؛ به همین دلیل دوام و ایمنی ممبرا ن های سرامیکی، از انواع پلیمری بیشتر می باشد . این ممبرا ن ها از لحاظ حرارتی پایدارند و توانایی کار دردماهای بالا را دارا هستند ؛ به طور یکه بسیاری از ممبرا ن های سرامیکی در دمای ºC 1000نیز قابل مصرف هستند. مقاومت ممبران های سرامیکی در مقابل عوامل شیمیایی و بالاتر از تشعشع به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از انواع پلیمری می باشد و این ممبران ها در مقابل عوامل زیستی خنثی م ی باشند؛ به همین دل یل این ممبرا ن ها در بسیاری از کارب ردهای شیمیایی ، دارویی و فرایند تصفیه آب ها و پسابها به عنوان انتخاب اول مطرح می باشند . ناشی از تفاوتهای مذکور، آسیب دیدگی کمتر ممبران و در نتیجه اطمینان بیشتر از محصول تولیدی و همچنین هزینه کمتر عملیات ، از اثرات به کارگیری ممبرانهای
سرامیکی خواهد بود . از معایب عمده و اساسی این ممبرانها، نیز می توان به وزن زیاد آنها و هزینه ساخت بالاتر آنها در مقایسه با ممبرا ن های پلیمری اشاره نمود؛ اگرچه مورد آخر توسط طول عمر بالای ممبران جبران می گردد . امروزه ممبرا ن های سرامیکی به طور روز ا فزونی در کاربردهای جداسازی به خدمت گرفته می شوند. تکنولوژی ساخت این ممبران ها با معرفی مواد سرامیکی نانوساختار، دچار تحول و پیشرفت بزرگی شده است . تکنیک های زیادی برای تولید مواد نانوساختار و ساخت لایه های سطحی انتخابی وجود دارد که همگی بر فرایند سل - ژل است وار بوده و بیشترین مواد مصرفی در تولید لایه های نانوساختار موادی چون2TiO و CeO2 ،ZrO2 ،Al2O3 می باشند.
انواع ممبران ها از لحاظ مدول
ممبران های لوله ای(Tubular Membrane)
طراحی این ممبران ها بسیار ساده می باشد به گونه ای که ممبران مورد نظر یا در درون یک لوله متخلخل قرار می گیرد و یا بر روی سطح داخلی لوله پوشش داده می شود و محلول به درون لوله پمپ می گردد. لوله مصرفی باید فشارهای مورد نیاز در حین کار را تحمل نماید . مایع تغذیه از یک طرف لوله وارد شده و همزمان با جریان رو به جلوی آن در درون لوله، بخشی از آن به صورت عرضی نفوذ خواهد نمود . قسمت نفوذ کرده که همان محصول مورد نظر می باشد در پوسته بیرونی لوله جمع آوری می گردد. شکل زیرنشان دهنده یک تصویر شماتیک از ممبران های لوله ای شکل می باشد.
از مزایای اصلی ممبرانهای لوله ای شکل ، امکان حرکت سریع مایع ورودی بر روی سط ح ممبران می باشد به گونه ای که این حرکت می تواند سرعتی بالغ بر (m/s )10 داشته باشدکه باعث کاهش احتمال انسداد سطح ممبران خواهد شد . از کاربردهای اساسی این ممبرانها تصفیه محلولهای با درصد بالای ذرات جامد معلق می باشد زیرا این ممبران ها برای ذرات جامد معلق از تلورانس بالایی برخوردار هستند.
ممبران های مارپیچی:(Spirally Wound Membrane)
در این ممبرا ن ها یک ورقه مسطح که می تواند چندین لایه داشته باشد به دور یک هسته مرکزی پیچیده می شود. این ممبران ها در درون لوله هایی نصب می شوند به گونه ای که محلول ورودی از یک انتها وارد شده، به صورت عرضی در درون ممبران نفوذ کرده و در ادامه به سمت لوله مرکزی هدایت و جمع آوری خواهد شد. شکل زیر بیانگر تصویر شماتیک ممبران مارپیچی می باشد.
از مزایای این ممبران ها، سطح مخصوص بالای ممبران در عین حجم کم آن می باشد . در این ممبران ها مسیرهای باریک جریان (موجود در لایه بافته شده ) نسبت به جریانهای گل آلود حساس بوده و امکان انسداد آنها وجود دارد به همین دلیل همواره در به کارگیری این ممبرا ن ها از فرآیندهای پیش تصفیه به منظور حذف ذرات جامد معلق استفاده می شود . کاربردهایی چون شیرین سازی آب دریا و آب شور از مواردی هستند که در آنها از ممبران های اسمز معکوس به شکل مارپیچی استفاده می گردد.
ممبران های الیاف توخالی(Hollow Fiber Membrane)
در این ممبرا ن ها از الیافی توخالی و همانند م وی سر استفاده می گردد به طوریکه قطر خارجی آنها کمتر از 200میکرون می باشد . الیاف مذکور دارای یک پوسته نازک و متراکم(ممبران) بوده که از نفوذ آلودگیها جلوگیری کرده و تنها به محصول اجازه عبور می دهند . در زیر این پوسته فعال، یک لایه ضخیم و متراکم (پایه)به کار می رود که نقش آن حمایت 6 لایه فعال می باشد . این الیاف به یکدیگر بسته می شوند و به صورت یک دستهU شکل یا مستقیم در می آیند . جریان ورودی به درون الیاف وارد می شود و به دنبال آن بخش نفوذ کرده )محصول(، در بیرون الیاف و بخش تغلیظ شده )باطله(، در انتهای دیگر الیاف جمع آوری می گردد.
ممبران های فیبر توخالی دانستیه فشردگی بسیار بالایی دارند و نیاز به فضای اندکی برای کار خواهند داشت شیرین سازی آب دریا، تهیه آب قابل شرب و همچنین تصفیه فاضلابها از جمله مواردی هستند که در آن از ممبران های به شکل الیاف توخالی به طور گسترده ای استفاده می گردد.
ممبران های تخت(Flat Membrane)
این نوع مدول، ساده ترین شکل ممبران بوده و اولین ممبران نیمه نفوذپذیری که تولید شد از لحاظ هندسی،تخت بود. شکل زیر یک نمای کلی از ممبران های تخت را نشان می دهد.
این ممبرانها، از دو صفحه در انتها، ممبران صفحه ای شکل و صاف و صفحات جدا کننده که با ترتیب خاصی قرار گرفته اند ؛ تشکیل می گردند .لازم به ذکر است که صفحات جداکننده ، نقش هدایت جریان تغذیه را بر روی سطح ممبران به عهده دارند.
ساخت، نصب و عملکرد این ممبر ان ها ساده می باشد ولی معایب عمده ای چون نسبت سطح به حجم اندک و بنابراین نیاز به فضای زیاد هنگام کار، مشکلات دمونتاژ کردن ممبران به هنگام تمیز کردن آن و بنابراین پر زحمت و زمان بر بودن فرآیند تمیز نمودن آن را نمی توان نادیده گرفت.