En membranfiltrering er en separasjonsprosess som foregår fysisk i flytende fase. Målet er å rense, fraksjonere eller konsentrere arter oppløst eller suspendert i et løsningsmiddel gjennom en membran.
Membranseparasjonsteknikken har vært kjent i noen tid, men utviklingen er fortsatt nylig. Siden 1970-tallet har disse teknikkene blitt funnet hovedsakelig i meieriindustrien, drikke, eggprodukter, fruktjuice eller vannbehandling. Disse prosessene bruker relativt lite energi og er selektive.
Når en membranfiltrering utføres, får vi:
Denne teknikken gjør det mulig for eksempel å separere en væske fra mikroorganismene som den inneholder ved filtrering for å kunne telle dem. Denne metoden gjelder væsker uten faste partikler.
Membranene er generelt preget av:
Det er to typer filtrering: frontal (den mest kjente) og tangential . Tangensialet tillater en mindre rask tilstopping, men den er vanligvis reservert for filtrering av veldig små partikler.
Det finnes tre typer strukturer for membraner:
Avhengig av trykkgradienten og størrelsen på porene vi har:
Materialene som brukes er organiske eller mineraler:
Materialene må ha kjemisk, termisk og mekanisk motstand i samsvar med prosessen og væsken som brukes. Den mekaniske motstanden avhenger av materialet, men også av strukturen til membranen og dens geometri.
Organiske materialerDette er polymermembraner, uansett om de er tverrbundet (mer enn 80% av markedet). Deres viktigste fordeler er:
Imidlertid utgjør deres lave fysiske og kjemiske motstand et problem.
Noen eksempler på organiske materialer:
For uorganiske (mineral) membraner består den makroporøse bæreren som gir mekanisk motstand generelt av karbon, aluminiumoksyd, metall, silisiumaluminat eller silisiumkarbid, og det aktive laget er laget av metalloksider, glass eller karbon (komposittmembraner). De keramiske membranene er de fleste uorganiske membraner.
Porøse membraner ligner på vanlige filtre, men porene er mindre. Separasjonen av molekyler i oppløsning gjøres derfor i henhold til deres størrelse og størrelsesfordelingen av porene hvis membranen er asymmetrisk.
Tette membraner består av en film som vil transportere det oppløste stoffet ved diffusjon takket være en forskjell i trykk, konsentrasjon eller elektrisk potensial. Diffusjonen av de oppløste stoffene vil derfor avhenge av deres diffusivitet og deres løselighet gjennom membranen (det er derfor mulig å skille oppløste stoffer av samme størrelse hvis disse parametrene er forskjellige fra hverandre).
De er laget av et enkelt materiale, porestørrelsen er jevn.
Asymmetriske (eller anisotrope) membranerDe består av et veldig tynt lag (huden) plassert på et tykkere porøst underlag. Separasjonen blir sikret av det tynnere, mer selektive laget. Jo tynnere membranene er, jo høyere strømning er det ettertraktet i industrien av økonomiske årsaker. De må også forbli sterke nok, noe som vanligvis resulterer i membraner som er minst 20 µm tykke. Huden kan være tett eller porøs, avhengig av ønsket applikasjon.
Sammensatte membranerOrganisk og anisotropisk, de to lagene er laget av forskjellige materialer.
Membranenes geometri blir ofte likestilt med geometrien til modulene. Hovedtyper av membranmoduler presenteres nedenfor.
Flate membranerDet selektive laget blir avsatt på en støtte, og membranen har ingen mekanisk motstand når trykket påføres i motsatt retning. Bakvask er derfor ikke mulig, og membranen forverres til slutt. De er stive og kan ikke rulles sammen, så de kan bare brukes i filterpresseinnretninger (arkmembraner montert på hver side av stive rammer, stablet)
SpiralhinnerMembraner sammensatt av et organisk materiale. De er mye brukt til nanofiltrering. Modulene er sammensatt av et rør hvorpå suksessivt er en membran, et fint gitter, en annen membran og et grovere gitter. Membranene må derfor være fleksible nok til å rulles opp. Retentatet sirkulerer gjennom det mindre fine rutenettet mens filtratet vil gå til det finere rutenettet hvor det vil passere inn i den sentrale hulen i røret.
Rørformede membranerDe kan være av én- eller flerkanals type og er ofte av mineralsk natur. Når det gjelder flerkanals rørformede membraner, er rørene gruppert parallelt i en modul. Permeatet blir gjenvunnet utenfor rørene, i konvolutten til modulen. Disse systemene er mindre utsatt for tilstopping, men er dyre og kan være tungvint.
HulfibermembranerDe består av et sett med hule fibre samlet i en konvolutt (som danner modulen). De er bare organiske og har ikke tekstilbakside (selvbærende). På samme måte er de ofte laget av bare ett materiale, selv om det finnes sammensatte hule fibre. Det aktive laget (skinnet) og det porøse underlaget er tett sammenkoblet, noe som tillater filtrering i begge retninger. Dette systemet er billig, men gjør det mulig å filtrere væsker med lav viskositet med lav risiko for tilstopping.
Avhengig av hva som kreves, må du sterilisere membranen på en agar kultur medium som VRBL for koliforme bakterier, Baird Parker for stafylokokker. Det er petriskåler tilpasset membranens diameter.
http://www.fndae.fr/documentation/PDF/fndae14.pdf
http://www2.ac-rennes.fr/cst/doc/dossiers/eaubrequigny/technmicrob.htm