Tecnologie sostenibili per le risorse energetiche

Tecnologie sostenibili per le risorse energetiche

Le membrane

Le membrane vengono impiegate come processi di separazione per:

• Produzione H₂O potabile dall'H₂O di mare
• Purificazione scarichi industriali
• Produzione di tessuti dal sangue vedi rene artificiale
• Produzione H₂

La membrana è un'interfaccia, uno strato fisico che permette il passaggio solo a parte di una soluzione, che viene detto permeato, rispetto ad un altrettanto che fatto feed. Il passaggio di separato avviene grazie all'azione di una forza motrice, di uno forse, che dipende da:

1. Diff. di concentrazione
2. △T, △P, △μ (diff. di potenz. chimico)

Le membrane avranno un peso importante nel futuro prossimo perché servono a separare O₂ e H₂. Materiali con cui sono costituite le prime membrane erano cellulosa e gomme naturali, ma allo stato attuale questi materiali sono inefficienti per grande separazioni. Ad oggi tutte le membrane sono costituite da materiali polimerici, con molecole a catena lunga (molecole molto più pesanti di loro). Tra questi ricordiamo:

1. Polimeri a catena lunga lineare (polimeri lineari) → cellulosa
2. Polimeri a catena strutturata e ramificata (polimeri ramificati) → polistirene
3. Polimeri cross-linked (polimeri reticolati) → gomiti butilche (+ + resistenti)

Polimeri di ambiosio, pseudo con il solvente: sono solubili in solventi organici e sono anche detti permeoplastri; i reticolati si decomportano ad alte temperature, sono poco solubili in solventi organici e vengono detti termoindurenti. Un'altra differenza sui polimeri si fa tra:

1. Polimeri amorfi → non c'è struttura geometrica ordinata, sono in genere vetrosi, spesso trasparenti.
2. Polimeri cristallini → hanno una struttura parzialmente ordinata. Le membrane di polimeri amorfi devono operare a T inferiore al T_{vetrificazione}. Le membrane cristalline devono operare a T_fusione. In genere però le membrane non sono puramente cristalline ma tendono ad avere delle zone amorfe: le due zone hanno diversa capacità di agire come filtro.

Per il passaggio di materia attraverso carte membrana, si dice che l'interfaccia a disposizione nel polimero prova ad essere trascurato per effetto di un gradiente. Le molecole cristalline continue sarà più espresso avere un passaggio di materia per le molecole grandi, mentre sarà facilitato per le molecole piccole.

Nei processi di separazione per membrane, non è molto importante la ρ_m, di solito da eliminare, ma la selettività del soluto, ossia l'obiettivo principale delle membrane è quello di separare ma riescono di solito ad isolare 1 dei 2! Es. H₂ e C₂ sono 2 molecole piccolissime di cui ci immaginiamo filtrare solo 1 delle 2. Ogni membrana è una specie di separazione, allora si andiamo molecole a diversa concentrazione e ci sarà un flusso di materia dalla parte più concentrata a quella meno in accordo con la legge di Fick, avendo quindi una forza spingente, posso definire 2 parametri:

Permeabilità e permeanza

1. Permeabilità → è il flusso di una specie (portata/unità di surf) per unità di forza spingente (concentraz, pressione, ...) per lo spessore l_m j = P_m / l_m Δc
2. Permeanza P^m → è il flusso di una specie (portata/unità di surf) per unità di forza spingente attraverso una membrana di spessore l_m P^m = P_m / l_m

Membrane polimeriche dense

Le membrane polimeriche dense sono membrane che possono essere attraversate solo da specie con dimensioni inferiori a 100 angstrom. Questo comporta che le specie che possono essere trasportate attraverso possono rischiare scemi in:

• Solubilizzazione: Si scioglie in un complesso ionico le configurazioni interiscono con quelle dell'acqua, ma la solubilizzazione si rende operazione sicura le membrane è impossibile sole (l'unico atrirbare l'energia invertezia)
• Diffusione: Secondo la legge di Fick diverse membrane per gas hanno diverse costanti di Henry ed è importante la scelta del materiale, perché (H)/(Dk del materiale). Caratteristiche membrane polimeriche per gas sono vetrose: La diffusione è proibite e difficile, tuttavia si guadagna in certezza selettività (caso polimeri polimeri non amofisti-cristallina) la diffusione avviene solo valle regioni amorfe.

Parte del vole regioni cristalline da influenze le aree di diffusione si allungavo e rate di diffusione. Legge di Fick: "Il flusso...