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O segredo das membranas: por que são tão indispensáveis no tratamento de água?
Na atual proteção ambiental e gestão de recursos hídricos, a tecnologia de membrana tornou-se uma parte indispensável. Esta tecnologia abrange todos os processos científicos relacionados com a construção e aplicação de membranas, principalmente através de membranas semipermeáveis para facilitar o transporte de substâncias entre ou para rejeitar substâncias. Neste processo, o tamanho dos poros da membrana deve ser menor que o diâmetro das substâncias indesejadas, a fim de filtrar eficazmente microorganismos nocivos e outras substâncias. A tecnologia de membrana é amplamente utilizada em áreas como tratamento de água, indústria química, medicina, biotecnologia, indústria alimentícia e remoção de poluentes ambientais.
A tecnologia de membrana pode não apenas promover a separação de substâncias, mas também melhorar efetivamente a eficiência em diferentes aplicações industriais, especialmente no uso de recursos hídricos.
Visão geral da membrana
Uma das vantagens do processo de separação por membrana é que ele opera sem aquecimento, utilizando menos energia do que os processos tradicionais de separação térmica, como destilação ou cristalização. Isto significa que a tecnologia de membrana é capaz de realizar muitas separações que não são possíveis com métodos de transferência de calor. Tomando como exemplo a osmose reversa, através da tecnologia de membranas podemos fornecer soluções para a produção de água potável e desempenhar um papel vital no processo de tratamento de esgoto.
No campo da proteção ambiental moderna, a tecnologia de membranas tem recebido cada vez mais atenção, especialmente em tecnologias de recuperação de energia, como células de combustível e usinas de osmose.
Modelo de transferência em massa
A transferência de massa em membranas pode ser explicada por dois modelos básicos: o modelo de difusão em solução e o modelo hidrodinâmico. Para muitas aplicações práticas, estes dois mecanismos de transporte ocorrem frequentemente simultaneamente, especialmente durante a ultrafiltração.
Resolvendo o modelo de difusão
Neste modelo, os componentes a serem transportados devem primeiro ser dissolvidos na membrana. Este modelo é adequado principalmente para membranas fechadas sem poros naturais em osmose reversa e células de combustível. Durante a filtração, forma-se uma camada limite na membrana, causada por um gradiente de concentração criado por moléculas que não conseguem passar através da membrana.
Modelo de dinâmica de fluidos
Neste modelo, o transporte é feito por convecção através dos poros. Requer que o tamanho do furo seja menor que o diâmetro dos dois componentes separados. Este tipo de membrana é utilizado principalmente em microfiltração e ultrafiltração e é utilizado para separar macromoléculas, partículas em suspensão ou remover bactérias de soluções.
Tipos de operação de membrana
Uma variedade de operações de membrana podem ser distinguidas com base na força motriz da operação, incluindo microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração, osmose reversa, etc. Essas operações têm uma ampla gama de aplicações em diversos setores, incluindo processamento de alimentos, produção farmacêutica e tratamento de água.
Forma da membrana e geometria do fluxo
Existem duas configurações principais de fluxo em processos de membrana: fluxo cruzado e filtração sem saída. A filtração de fluxo cruzado é um método no qual o líquido flui ao longo da superfície da membrana, enquanto a filtração sem saída é um método no qual o líquido flui perpendicularmente à superfície da membrana. Ambas as geometrias de fluxo têm vantagens e desvantagens. A filtração sem saída é normalmente usada para estudos de viabilidade em laboratório, enquanto a filtração de fluxo cruzado é mais eficaz na redução de problemas de incrustação na membrana.
Permeabilidade e seletividade
O tamanho dos poros de uma membrana e sua seletividade para partículas específicas são essenciais para seu desempenho. Os fabricantes de membranas geralmente diferenciam as membranas técnicas pelo tamanho nominal dos poros. A seletividade está relacionada ao tipo de processo de filtração, à composição da membrana e às suas propriedades eletroquímicas.
A seletividade da tecnologia de membrana permite uma separação razoável em diversos ambientes, como recuperação de gases industriais ou processos de purificação de água.
Síntese e proteção ambiental da membrana Ba Xiao
A síntese de membranas de biomassa é considerada uma solução para problemas ambientais. Ao utilizar materiais biológicos naturais, os custos podem ser reduzidos e a poluição secundária evitada. O processo de síntese de biofilmes envolve a mistura de materiais orgânicos com outros aditivos para formar a matriz da membrana. A utilização de matérias-primas como casca de coco e talos de milho aumenta a hidrofobicidade, o tamanho dos poros e as propriedades antipoluição da membrana, permitindo-lhe um melhor desempenho no tratamento de água.
Resumindo, a tecnologia de membrana não só desempenha um papel importante no tratamento de água industrial, mas também lidera a direção da futura governança ambiental. Hoje, com o rápido avanço da ciência e da tecnologia, será que os nossos recursos hídricos podem ser totalmente utilizados de forma sustentável?
