Mikä on kalvon erottaminen?

Kalvojen erottaminen on tekniikka, jota käytetään tieteessä ja teollisuudessa aineiden erottamiseksi seoksesta suodattamalla seos huokoisen kalvon läpi. Suodatettava aine voi olla joko neste tai kaasu. Kalvojen erottamisella on monia käytännön sovelluksia, kuten veden suodatus ja tiivistettyjen liuosten luominen. Suurimmat kalvonerotusprosessityypit ovat käänteisosmoosi, nanosuodatus, ultrasuodatus ja mikrosuodatus.

Kun syöttöliuos tai kaasu johdetaan huokoisen kalvon läpi korkeassa paineessa, tietyt seoksen aineet läpäisevät kalvon alemman paineen alueelle, mutta muut aineet eivät pysty siihen. Kalvon sakeus ja kemiallinen koostumus määrää, mitkä materiaalit kulkevat sen läpi. Esimerkiksi kalvo, jossa on suurempia huokosia, pyrkii päästämään sisään suuria ja pieniä hiukkasia, ja kalvo, jossa on pienemmät huokoset, sulkee pois suuret hiukkaset. Samoin kalvo, jolla on tietty kemiallinen koostumus, voidaan suunnitella suodattamaan kemiallisesti pois tietyt yhdisteet.

Käänteisosmoosissa kaksi liuosta on kalvon vastakkaisilla puolilla – toinen on väkevämpi ja toinen vetisempi tai vähemmän väkevä. Veden luonnollinen taipumus diffundoitua alhaisen pitoisuuden alueelta korkean pitoisuuden alueelle kääntää paineen, joka kohdistuu erittäin väkevään liuokseen. Tämä saa veden virtaamaan erittäin tiivistetystä liuoksesta kalvon poikki, mikä tekee liuoksesta vieläkin väkevämmän vedenpoistolla. Haihdutettu maito ja muut tiivistetyt tuotteet voidaan valmistaa tämän prosessin avulla.

Nanosuodatusta käytetään tyypillisesti veden käsittelyssä sen suolaisen maun tai ei -toivotun mineraalipitoisuuden poistamiseksi. Tämä menetelmä poistaa suolat, kuten natriumin ja kaliumin, nesteestä. Nanosuodatuksessa käytettävillä kalvoilla on hieman suurempi huokoskoko kuin käänteisosmoosissa käytettävillä kalvoilla.

Ultrasuodatusta ja mikrosuodatusta käytetään erottamaan suurempia hiukkasia ja päästää pienemmät hiukkaset kalvon läpi. Nämä suuret huokoskalvot jättävät virukset, bakteerit ja suspendoituneen kiintoaineen ulkopuolelle. Usein ultrasuodatusta tai mikrosuodatusta käytetään yhdessä hienomman suodatusmenetelmän kanssa osana yleistä teollista prosessia.

Monet teollisuudenalat käyttävät kalvojen erottamista osana rutiinitoimintaansa. Esimerkiksi sellaisten haitallisten suolojen ja mineraalien poistaminen, jotka voivat aiheuttaa kalkkia tai korroosiota lähdevedessä, on tärkeää kattiloiden käytössä. Kalvojen erottamista voidaan käyttää myös kemiallisten yhdisteiden talteenottoon jätevirrasta. Suolanpoisto on toinen menetelmä, jossa kalvojen erottamista käytetään laajalti korkealaatuisen juomaveden tuottamiseen.