Такое мембранная технология? Основные области применения и направления развития мембранной техники и мембранных технологических процессов

Любой живой организм из различных газовых и жидких смесей умеет выбрать нужный компонент и получить его в чистом виде. Природа изобрела свой инструмент, способный разделять атомы и молекулы по ничтожным различиям в массе, размере, химических и физических свойствах. Инструмент этот называется полупроницаемая мембрана. Название возникло из свойств мембраны избирательно пропускать одно вещество и отфильтровывать другое.

    Именно наличие мембраны позволило живой клетке отгородить свое «живое» от мертвого внешнего мира. Мембрану можно рассматривать как важнейший орган живого организма, который стал не только механической защитной оболочкой, но и «умным барьером», определяющим, что пропустить внутрь, а что нет. Конечно, между первой бактерией и человеком находится пропасть, но принципы функционирования клеточных мембран не изменились в течение миллиардов лет. Человек представляет собой живой мембранный аппарат, площадь мембран в котором исчисляется гектарами. Клеточные оболочки, слизистые и кожа – это все полупроницаемые мембраны. Когда они выходят из строя – человек заболевает. Тогда на помощь организму приходят искусственные аппараты, созданные инженерами мембраной технологии: искусственная почка (гемодиализ), искусственная печень (мембранный плазмаферез), искусственное легкое. Сегодня человек многое узнал о принципах функционирования и устройстве биологических мембран, но говорить об абсолютной полноте наших знаний рано. Впереди новые открытия – они позволят создать новые «точечные» лекарства, которые будут доставляться адресно к поврежденной клетке, дадут возможность конструировать компактные и полноценные внутренние органы на основе искусственных мембран. Но даже то, что известно сегодня, открыло перед мембранной технологией поразительно широкий спектр применений. Первым практически значимым открытием стало получение воды – обессоленной, питьевой, сверхчистой, апирогенной. Сортов воды много, загрязняют ее тысячи веществ, но и мембран создали множество. Проблема получить сколь угодно чистую воду из любого грязного источника решается только умением правильно подобрать мембраны. Целые страны сегодня обеспечиваются «мембранной» пресной водой из моря. Далее пришел черед пищевой промышленности. Ведь получить чистое масло, красивое вино, вкусные соки и пиво, новые молочные продукты гораздо проще и естественней на мембранах, чем посредством дистилляции, сорбции или экстракции. Зреет революция в химической технологии и биотехнологии. Концепция мембранного реактора призвана решить проблемы неполной утилизации сырья, ингибирования процесса продуктами реакции, перехода на непрерывный способ производства. Идея заключается в выводе через мембрану из реакционной зоны только, но не исходных компонентов. Удивительные перспективы открывает мембранное разделение газовых смесей. Только из воздуха можно получить азот или обедненный кислородом воздух и использовать его для создания условий высокогорья в тренировочных комплексах, в хранилищах овощей и фруктов, на АЗС, в топливных баках самолетов. Но также легко получить и обогащенный кислородом воздух, который необходим в реанимационных палатах, в водоемах для выращивания рыбы, в металлургии и т.д. Мембранные технологии незаменимы во многих процессах защиты окружающей среды от загрязнения промышленными и коммунальными отходами. Причем решаются эти проблемы на качественно новом уровне, когда не только образуются чистые вода и воздух, но и множество ценных компонентов утилизируются или используются заново после переработки. Решающее место обещают занять мембранные процессы разделения в альтернативной энергетике, которая не связана с добычей и списанием полезных ископаемых. Разберем это подробнее.   Ежегодно и постоянно миллионы кубометров пресной речной воды вливаются в соленую морскую воду. Свободные молекулы воды энергично встраиваются в гидратные оболочки ионов солей, которых в морской воде очень много.     При этом они занимают более выгодное энергетическое положение, вследствие чего выделяется энергия, которая там же, в море, и утилизируется. Свойство ионов втягивать в свои гидратные оболочки молекулы воды называется осмос, а количественно это свойство измеряется величиной осмотического давления.       Например, при обычных условиях осмос возникает при течении воды