Концентрирование обратным осмосом - сравнительно новый метод и применяется в США для обессоливания морской воды. Проводятся опыты по применению его для концентрирования плодовых соков.
Известно, что если две жидкости с различной концентрацией (например, вода и фруктовый сок) поместить по обе стороны полупроницаемой мембраны, то на границах мембраны возникнет осмотическое давление. Вследствие этого вода будет двигаться из раствора с низкой концентрацией, к раствору с высокой концентрацией до тех пор, пока концентрация обоих растворов сравняется. Процесс осмоса будет протекать успешно в том случае, если внешнее давление над обоими растворами будет одинаково. Однако если к раствору с высокой концентрацией приложить давление, то вода начнет проходить в обратном направлении от концентрированного раствора - к менее концентрированному.
На этом принципе и основан обратный осмос или, как его еще называют, реверсивный осмос.
Так как осмотическое давление довольно высокое, то обратный осмос необходимо проводить при довольно высоком механическом давлении, для которого необходимы мембраны с большой механической прочностью. Осмотическое давление плодовых соков с содержанием 10-12% сухих веществ равно 1,4-1,6 МПа, яблочного концентрата с содержанием 40% сухих веществ - 9,0 МПа, раствора морской соли с 3,5% сухих веществ - 2,5 МПа.
В 1965 г. были проведены первые опыты по концентрированию обратным осмосом яблочного сока до 40% сухих веществ, при приложенном давлении 17,5 МПа. С этой целью была использована синтетическая полупроницаемая пленка из ацетилцеллюлозы.
Концентрирование обратным осмосом происходит при обычной температуре. Необходимая энергия доставляется приложением соответствующего давления и циркуляцией сока, подлежащего концентрированию.
При обратном осмосе большое значение имеет структура синтетической полупроницаемой пленки. Процесс прохождения воды или растворенных веществ пока еще не имеет надлежащего объяснения. Известно, что мембрана должна иметь пористую структуру.
Размеры пор, однако, не находятся в прямой зависимости от размеров молекул и ионов, которые мембрана задерживает при обратном осмосе. Полагают, что мембрана представляет собой гель с очень тонкой поверхностной оболочкой. На поверхности этой оболочки адсорбируются молекулы и вода, которая после этого проходит через капиллярную систему мембраны. Растворимые вещества могут диффундировать через поверхность оболочки, но этот процесс протекает очень медленно и зависит от градиента концентрации.
Решающим фактором является чистота выделенной воды, т. е. разница в содержании сухих веществ в концентрируемом растворе и в отделенной воде. Исследования показывают, что при большом скоростном коэффициенте потерн сухих веществ с отделенной водой высокие. Следовательно, выбор полупроницаемой мембраны является решающим фактором для успешного концентрирования методом обратного осмоса. Ацетилцеллюлозные мембраны в настоящее время считаются единственно подходящими по своим механическим свойствам для концентрирования жидкостей обратным осмосом. Благодаря открытию этих мембран обратный осмос считается экономически выгодным процессом, подлежащим развитию.
Мембраны, приготовленные по методу Леба, состоят из двух слоев - поверхностного и пористого. Поверхностный слой имеет толщину 0,25 мм и ему приписывают избирательный и задерживающий эффект. Пористый слой, как правило, в 100 раз толще поверхностного и играет вспомогательную роль, придавая механическую устойчивость мембране. Показано, что продолжительность работы синтетических мембран может достигать одного года.
UP |