Membrana artificiale

Questa pagina sull'argomento ingegneria sembra trattare argomenti unificabili alla pagina Processo a membrana.

Moduli a membrana del tipo "hollow fiber".

Una membrana artificiale, anche chiamata membrana sintetica, è una membrana preparata per la separazione di elementi in laboratorio e nell'industria. La sua parte attiva, che permette il trasporto selettivo del materiale, consiste solitamente di polimeri (ad esempio polisulfone, polietersulfone, acetato di cellulosa, poliammide, o poliacrilonitrile) o materiale inorganico (ad esempio allumina, vetro borosilicato, o acciaio al zirconio). Una membrana potrebbe contenere parti ausiliarie per il supporto meccanico, il drenaggio, rattoppo, ecc. Rispetto alla comune filtrazione, la filtrazione a membrana permette di trattenere particelle di dimensioni molto minori (ad esempio batteri, molecole, e ioni).

Preparazione delle membrane

Le membrane possono essere preparate nella forma di fogli piani, tubi, capillari e fibre cave. I metodi di preparazione delle membrane artificiali sono:

per sinterizzazione
per precipitazione da evaporazione
per precipitazione termica
per stiramento da un film polimerico
per estrazione
per via elettrochimica (col processo elettrochimico chiamato etching)

Dopo la preparazione, le membrane possono essere assemblate in:

sistemi a piatto e telaio (plate & frame, con arrangiamento analogo alla filtropressa)
moduli a spirale (spiral flow membrane module)
moduli a fibre cave (hollow fiber membrane module): in tubi o fibre da 0,25÷2,5 mm di diametro, assemblate assieme a formare il modulo in configurazione rettilinea o ad U.
moduli tubulari (tubular membrane module): con tubi di diametro maggiore di 3 mm, in genere assemblati in geometri a fascio tubiero e mantello (shell and tube)^[1].

Materiali impiegati

Le membrane artificiali vengono realizzate con polimeri organici o con materiale inorganico. Ecco alcuni materiali impiegati:

Polimeri organici

Polisolfone (PS)
Polietersolfone (PES)
Acetato di cellulosa (CA)
Poliammide (PA)
Polivinildedefluoruro (PVDF)
Poliacrilonitrile (PAN)

Materiali inorganici

Allumina gamma
Allumina alfa
Vetro borosilicato

Applicazioni

Le membrane sono impiegate in un ampio spettro di operazioni, come la microfiltrazione, l'ultrafiltrazione, la nanofiltrazione, l'osmosi inversa, la pervaporazione (rimozione di componenti volatili da non-volatili), la concentrazione (rimozione di un solvente da un soluto), la separazione di gas, la dialisi, l'elettrodialisi, e la cromatografia.^[2] Le applicazioni dipendono dal tipo di funzionalità incorporata nella membrana, che si possono basare sull'esclusione in base alle dimensioni, l'affinità chimica o l'elettrostatica.

Le applicazioni tipiche nelle quali sono state usate le membrane sono la depurazione delle acque, la rimozione dei microorganismi nei latticini, la desalinizzazione dell'acqua, la deidrogenazione del gas naturale, l'emodialisi o come componente delle pile a combustibile.

Note

^ La geometria a fascio tubiero e mantello è quella utilizzata dagli scambiatori di calore a fascio tubiero e mantello.
^ Membrane Filtration Systems - Spiral Wound Polymer Ceramic Membranes Archiviato il 28 marzo 2009 in Internet Archive.

Bibliografia

(EN) Robert Perry, Don W. Green, Perry's Chemical Engineers' Handbook, 8ª ed., McGraw-Hill, 2007, ISBN 0-07-142294-3.
(EN) Warren McCabe, Julian Smith, Peter Harriott, Unit Operations In Chemical Engineering, 6ª ed., Tata Mcgraw Hill Publishers, 2005, pp. 857-901, ISBN 0-07-060082-1.
(EN) João G. Crespo, Karl W. Böddeker, Membrane processes in separation and purification, Springer, 1994, ISBN 0-7923-2929-5.