Давление жидкости входа (LEP) из гидрофобной мембраны является давлением , которое должно быть применено к сухой мембране , так что жидкость проникает внутрь мембраны. LEP при применении в мембранной дистилляции или первапорации может быть рассчитан как первый параметр, указывающий, насколько смачиваема мембрана по отношению к различным жидким растворам. [1]
LEP зависит от многих параметров, включая максимальный размер пор мембраны, поверхностное натяжение жидкости, угол контакта жидкости с поверхностью мембраны и геометрическую структуру мембраны. [1]
В простейшей форме, основанной на уравнении Юнга-Лапласа , [2] LEP определяется как:
где - коэффициент геометрии поры ( = 1 для цилиндрических пор и 0 < <1 для нецилиндрических пор), [3] - поверхностное натяжение жидкости, - угол смачивания, измеренный на стороне жидкости, где граница раздела жидкость-пар встречается с поверхностью мембраны, и - максимальный размер пор мембраны.
Мембраны с малым размером пор, узким распределением пор по размерам, идеальной цилиндрической геометрией пор, низкой поверхностной энергией, большим контактным углом и высокой шероховатостью обычно демонстрируют более высокую LEP. Rezaei et al. показали, что присутствие вторичной фазы, такой как воздух, на поверхности мембраны может заметно увеличить LEP мембраны, особенно для менее гидрофобных материалов. [5]
Поскольку смачивание, как правило, нежелательно и представляет собой сбой в мембранном процессе, при разработке и исследованиях основное внимание уделяется предотвращению его возникновения (например, в рабочих условиях) [6] или обращению смачивания после того, как оно произошло (например, путем обратной промывки или высушивания мембраны). [7] Поверхностные покрытия являются ключевым способом улучшения LEP: [8] они в идеале являются однородными, вызывают очень большие углы контакта и предотвращают закупоривание пор. [9]
Рекомендации
- ^ a b Резаи, Мохаммад; Уорсингер, Дэвид М .; V, Джон Х. Линхард; Герцог, Микель; Мацуура, Такеши; Самхабер, Вольфганг М. (2018). «Явление смачивания при мембранной перегонке: механизмы, обращение и предотвращение». Водные исследования . 139 : 329–352. DOI : 10.1016 / j.watres.2018.03.058 . ЛВП : 1721,1 / 115486 . PMID 29660622 .
- ^ Т. Янг, Курс лекций по естественной философии и механическим искусствам, Джонсон, 1807 г.
- ^ Гарсия-Пайо, MC; Искьердо-Хиль, Массачусетс; Фернандес-Пинеда, К. (2000). «Исследование смачивания гидрофобных мембран с помощью измерений давления жидкости на входе с помощью водных спиртовых растворов». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 230 (2): 420–431. DOI : 10,1006 / jcis.2000.7106 . ISSN 0021-9797 . PMID 11017750 .
- ^ Servi, Amelia T .; Харраз, Джехад; Клее, Дэвид; Нотаранджело, Кэти; Эйоб, Брук; Гильен-Бурриеза, Елена; Лю, Андун; Арафат, Хасан А .; Глисон, Карен К. (2016). «Систематическое исследование влияния гидрофобности на смачивание MD мембран». Журнал мембрановедения . 520 : 850–859. DOI : 10.1016 / j.memsci.2016.08.021 .
- ^ Резаи, Мохаммад; Уорсингер, Дэвид М .; V, Джон Х. Линхард; Самхабер, Вольфганг М. (2017). «Предотвращение смачивания при мембранной перегонке за счет супергидрофобности и повторного заполнения воздушного слоя на поверхности мембраны». Журнал мембрановедения . 530 : 42–52. DOI : 10.1016 / j.memsci.2017.02.013 . hdl : 1721,1 / 111972 .
- ^ Уорсингер, Дэвид М .; Буксир, Эмили У .; Сваминатан, Джайчандер; V, Джон Х. Линхард (2017). «Теоретическая основа для прогнозирования неорганического загрязнения при мембранной перегонке и экспериментальная проверка с сульфатом кальция» . Журнал мембрановедения . 528 : 381–390. DOI : 10.1016 / j.memsci.2017.01.031 . hdl : 1721,1 / 107916 .
- ^ Уорсингер, Дэвид М .; Серви, Амелия; Коннорс, Грейс Б.; Mavukkandy, Musthafa O .; Арафат, Хасан А .; Глисон, Карен К .; V, Джон Х. Линхард (2017-08-24). «Обратное смачивание мембраны при мембранной перегонке: сравнение сушки с обратной промывкой сжатым воздухом». Наука об окружающей среде: исследования и технологии воды . 3 (5): 930–939. DOI : 10.1039 / c7ew00085e . ЛВП : 1721,1 / 118392 . ISSN 2053-1419 .
- ^ Резаи, Мохаммад (2016). «Поведение смачивания супергидрофобных мембран, покрытых наночастицами при мембранной дистилляции». Сделки химической инженерии . 47 : 373–378. DOI : 10,3303 / cet1647063 .
- ^ Servi, Amelia T .; Гильен-Бурриеза, Елена; Уорсингер, Дэвид М .; Ливернуа, Уильям; Нотаранджело, Кэти; Харраз, Джехад; V, Джон Х. Линхард; Арафат, Хасан А .; Глисон, Карен К. (2017). «Влияние толщины и конформности пленки iCVD на проницаемость и смачивание MD мембран». Журнал мембрановедения . 523 : 470–479. DOI : 10.1016 / j.memsci.2016.10.008 . ЛВП : 1721,1 / 108260 .