Мембрана обладает селективной проницаемостью потому что

Что такое селективность мембраны обратного осмоса

Как работает мембрана обратного осмоса

Обратный осмос часто сравнивают с фильтрацией через мелкое сито. На самом деле мембрана не имеет перфорации, а процесс разделения раствора основан на совершенно других физических процессах.

Обратноосмотическая мембрана представляет собой тонкую пленку из полимерного материала, способного присоединять молекулы воды. Этот процесс называется гидратацией. В то же время, ионы солей не вступают в реакцию с полимером и остаются в растворе. Под действием приложенного к раствору давления происходит диффузия молекул, входящих в состав гидрата. Через фильтр проникает только вода, а примеси остаются «по ту сторону» мембраны.

Разделение на чистый растворитель (воду) и концентрат сопровождается ростом осмотического давления. Процесс фильтрации будет протекать до тех пор, пока система не придет в равновесное состояние. При достижении определенной концентрации раствора внешнее (приложенное) и осмотическое давление сравняются, и диффузия прекратится. Чтобы этого не произошло, концентрированный раствор периодически сбрасывается в дренаж.

Что такое селективность мембраны обратного осмоса

Селективность обратного осмоса, или задерживающая способность мембраны, является важнейшим показателем работы фильтрующего элемента. Она представляет собой коэффициент задерживания примесей и выражается в процентах. Расчет селективности мембран происходит в несколько этапов. Математическое выражение селективности выглядит как отношение концентрации примесей в растворе к концентрации примесей в фильтрате. Формула селективности мембран представлена ниже:

,

Для оценки эффективности промышленных фильтров обратного осмоса применяют и другие, более стабильные характеристики: коэффициент фильтрования и коэффициент отражения.

Однако для бытового потребителя важнее понимать, насколько чистую и пригодную для питья воду он получит в итоге. Поэтому проницаемость и селективность мембран остаются основными параметрами, определяющими функциональность фильтра.

Классификация мембраны по селективности

Мембраны обратного осмоса разрабатывались для опреснения воды, поэтому их селективность оценивают по раствору поваренной соли. Задерживающая способность по другим веществам может значительно отличаться.

В зависимости от солесодержания в исходной воде и требований к составу очищенной используются фильтры с разным рабочим давлением и селективностью:

В бытовых системах часто используют нанофильтрационные фильтрующие элементы с селективностью от 60 % по хлориду натрия и 98 % по сульфату магния. Проницаемость селективного слоя у таких мембран значительно ниже, чем у обратноосмотических. Нанофильтрация хорошо задерживает двухвалентные ионы (читай: солей жесткости) и пропускает одновалентные, на 99 % снижает цветность и удаляет до 92 % общего органического углерода.

Почему одни вещества удаляются лучше других

Некоторые летучие соединения отличаются высокой диффузионной способностью: хлороформ и формалин проходят в пермеат, и для их удаления обычно используются сорбционные предфильтры.

Не стоит недооценивать и нарушения сплошности полотна: даже самый стабильный процесс изготовления пленки не гарантирует полного отсутствия точечных дефектов в структуре полимера.

В итоге, что такое селективность обратноосмотических мембран

Селективность бытовых фильтров обратного осмоса обеспечивает качество воды на уровне бутилированной, а по некоторым показателям и превосходит ее. Мембранные элементы задерживают большинство вредных примесей природного и техногенного происхождения. В комплексной водоподготовке обратноосмотический фильтр заменяет несколько ступеней реагентной и сорбционной фильтрации, значительно упрощает проектирование, монтаж и обслуживание систем.

Источник

Мембраны разделительные (полупроницаемые, селективно-проницаемые мембраны)

Представляют собой пленки, пластины, трубки и полые нити, изготовленные из стекла, металла, керамики, полимеров.

Наиболее практическое значение имеют полимерные разделительные мембраны, например из целлюлозы и ее эфиров, полиамидов, полисульфонов, полиолефинов и большинства других известных полимеров.

Различают в основном разделительные мембраны: монолитные (сплошные, диффузионные), проницаемость которых связана с диффузией газов или жидкостей в объеме мембраны (поры отсутствуют); пористые с системой сквозных сообщающихся пор постоянного размера; асиметричные (двухслойные, анизотропные), состоящие из пористого высокопроницаемого слоя (подложки) и тонкого селективного слоя – мелкопористого или монолитного (толщина его может составлять около 0,25% общей толщины разделительных мембран).

Имеются также составные (композитные) разделительные мембраны, состоящие из основы (обычно пористой мембраны), на которую нанесен один или несколько селективных слоев (монолитных или мелкопористых), отличающихся по химической природе от материала подложки. Их изготовляют с целью повышения прочности мембран и придания им проницаемости для определенных компонентов разделяемой смеси.

Динамические разделительные мембраны образуются, когда на поверхность пористой основы подается разделяемая смесь, содержащая диспергированные частицы, например гидроксидов металлов, полимеров. Частицы образуют на основе слой, находящийся в динамическом равновесии с частицами, диспергированными в смеси, и обеспечивающий селективность разделения.

Разделительные мембраны подразделяют также на неионогенные и ионитовые.

Для монолитных разделительных мембран характерна диффузионная проницаемость, для пористых – фазовая (то есть через поры проходит вещество в виде газообразной или жидкой фазы).

Монолитные разделительные мембраны получают формованием из растворов (по сухому способу) или расплавов полимеров, а также прессованием полимерных материалов и металлических порошков.

Пористые разделительные мембраны получают:

1) Формованием из растворов полимеров по мокрому способу или испарением из сформованных жидких пленок (нитей) растворителя. В последнем случае в формовочный раствор предварительно вводят осадитель, давление паров которого ниже, чем у растворителя (метод спонтанного гелеобразования). С удалением растворителя раствор распадается на фазы, в результате чего образуется пористая структура.

2) Из монолитных полимерных разделительных мембран – вытягиванием их в специальных условиях. Облучением тяжелыми атомными ядрами или ионами с последующим УФ облучением, окислением и удалением продуктов деструкции (получают так называемые ядерные разделительные мембраны). Выщелачиванием определенных фракций (метод используется и в производстве стеклянных пористых пластин).

Крупнопористые разделительные мембраны готовят спеканием металлических порошков и полимерных материалов.

Асимметричные разделительные мембраны получают, создавая разные условия затвердевания полимера в поверхностном слое и в остальной массе мембраны. Например, с поверхности жидкой пленки (нити) сначала испаряют растворитель, а затем ее погружают в осадитель (сухо-мокрое формование).

разделительные мембраны изготовляют нанесением на пористую подложку из полимера, стекла, керамики или другого тонкого (одного или несколько) слоя полимера (например, погружением подложки в раствор полимера, поливом его, межфазной поликонденсацией или полимеризацией мономеров в низкотемпературной плазме, напылением).

Наиболее распространенная форма разделительных мембран – пленка, формуемая на машинах ленточного или барабанного типа. Для повышения механической прочности и стабильности формы изготовляют на пористых подложках, например тканях, сетках, нетканых материалах.

Пленочные разделительные мембраны используют: в плоскокамерных аппаратах (типа фильтр-пресса) и рулонных; тонкие полимерные пленки осаждают на внутренней поверхности пористых трубок (несколько штук собирают в одном корпусе); полые волокна укладывают параллельно или под углом друг к другу в пластмассовом корпусе и склеивают в торцевых частях.

Применяют разделительные мембраны для разделения газовых смесей (например, выделение компонентов из смесей, образующихся при синтезе аммиака, создание регулируемой газовой среды в фрукто-овощехранилищах); для опреснения морских и солоноватых вод и деминерализации речной и артезианской воды; для концентрирования и очистки растворов высокомолекулярных соединений.

В том числе биологически активных, молока и соков в микробиологии, мединской, пищевой промышленности; для изготовления массообменников медицинского назначения (гемодиализаторы, окси-генаторы крови).

В процессе эксплуатации поверхность мембран загрязняется, что приводит к ухудшению основных показателей (производительность и селективность) мембранного разделения.

Поэтому разделительные мембраны подвергают очистке различными способами, например: обработкой поверхности эластичной губкой (часто с применением моющих средств), полиуретановыми шарами и другими, не оказывающими абразивного воздействия; воздействием турбулентного потока жидкости (разделяемой или моющей); промывкой газожидкостной эмульсией (обычно смесью воды и воздуха), разбавленными растворами кислот или щелочей, ПАВ или другими; продувкой сжатым воздухом (особенно микрофильтров); воздействием электрических, магнитных и ультразвуковых полей.

Из-за загрязнений разделительные мембраны имеют ограниченный срок эффективной работы (ресурс) и их периодически приходится заменять или очищать.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Источник

Потенциал покоя, его происхождение. Селективная проницаемость мембраны. Ионные каналы

Понятие раздражимости и возбудимости. Возбуждение.

Раздражимость – это способность клеток, тканей, организма в целом переходить под воздействием факторов внешней или внутренней среды из состояния физиологического покоя в состояние активности. Состояние активности проявляется изменением физиологических параметров клетки, ткани, организма, например изменением метаболизма.

Возбудимость – это способность живой ткани отвечать на раздражение активной специфической реакцией – возбуждением, т.е. генерацией нервного импульса, сокращением, секрецией. Т.е. возбудимость характеризует специализированные ткани – нервную, мышечные, железистые, которые называются возбудимыми. Возбуждение – это комплекс процессов реагирования возбудимой ткани на действие раздражителя, проявляющийся изменением мембранного потенциала, метаболизма и т.д. Возбудимые ткани обладают проводимостью. Это способность ткани проводить возбуждение. Наибольшей проводимостью обладают нервы и скелетные мышцы.

Раздражимость и возбудимость характеризуют в сущности одно и то же свойство биологической системы — способность отвечать на внеш­ние воздействия. Однако термин возбудимость используется для определения специфических реакций, имеющих более позднее филогене­тическое происхождение. Возбудимость является, следовательно, вы­сшим проявлением более общего свойства раздражимости тканей.

Потенциал покоя, его происхождение. Селективная проницаемость мембраны. Ионные каналы.

Возникающая разность потенциалов препятствует выходу К + из клет­ки и при некотором ее значении наступает равновесие между выходом К + по концентрационному градиенту и входом этих катионов по воз­никшему электрическому градиенту.

Каналам биомембран свойственна характерная избирательность для ионов (селективность), а также способность открываться и закрываться при различных воздействиях на мембрану (воротная функция).

Проницаемость (П)— это способность клеток и тканей пропускать и поглощать растворы и газы из окружающей среды и выделять их наружу. Проникновение веществ через биологические мембраны происходит пассивно или путем активного переноса с участием специальных механизмов. П мембран для различных агентов зависит как от физико-химических свойств последних, так и от особенностей самих мембран. Нарушения П могут возникать в результате действия разнообразных повреждающих факторов: высокой и низкой температуры, облучения, некоторых веществ (например, токсинов), недостатка кислорода, витаминов, гормонов и т. д. Нарушения П играют важную роль в патогенезе многих болезненных процессов: воспаления, аллергии, шока, инфекционных заболеваний, нарушений выделительных процессов и др. Изменения П могут быть как проявлением защитной реакции, так и причиной многих тяжелых расстройств.
Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс — одни вещества пропускают, а другие нет. Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или вывода их из клетки наружу: диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз. Два первых процесса носят пассивный характер, то есть не требуют затрат энергии; два последних — активные процессы, связанные с потреблением энергии.

Избирательная проницаемость мембраны при пассивном транспорте обусловлена специальными каналами — интегральными белками. Они пронизывают мембрану насквозь, образовывая своего рода проход. Для элементов K, Na и Cl есть свои каналы. Относительно градиента концентрации молекулы этих элементов движутся в клетку и из неё. При раздражении каналы натриевых ионов раскрываются, и происходит резкое поступление в клетку ионов натрия. При этом происходит дисбаланс мембранного потенциала. После чего мембранный потенциал восстанавливается. Каналы калия всегда открыты, через них в клетку медленно попадают ионы калия.

ИК— порообразующие белки, поддер-щие разность потенциалов, которая сущ-ет между внеш. и внутр. сторонами кл-ой мембраны всех живых клеток. Обеспечивают избирательное прохождение ионов через мембрану, в том числе из клетки в наружную среду и обратно. ИК сос-ит из интегральных белков, пронизывают мембрану насквозь, выступая одним концом в цитоплазму, а другим — в наружную среду клетки. Внутри такой молекулы белка имеется пора, через которую и диффундируют ионы. Типы:

1) Каналы, имеющие собственный сенсор

б) лигандзависимые ИК обеспечивают быструю передачу сигналов между клетками, например, в химических синапсах. Эти каналы открываются при связывании с рецептором ряда биологически активных в-в, таких как ацетилхолин, глутамат.

2) Сенсор внешнего сигнала пространственно разобщен с каналом. Взаимодействие сенсора и канала осущ-ся с помощью растворимых вторичных посредников. Это рецепторзависимые ИК, управляемые химическими сигналами.

Источник

Селективная проницаемость – определение и функция

Определение избирательной проницаемости

Селективная проницаемость является свойством клеточных мембран, которое позволяет только определенным молекулам входить или выходить из клетка, Это важно для клетки, чтобы поддерживать свой внутренний порядок независимо от изменений в окружающей среде. Например, вода, ионы, глюкоза и диоксид углерода могут потребоваться импортировать или экспортировать из клетки в зависимости от ее метаболической активности. Точно так же, сигнальные молекулы могут нуждаться в проникновении в клетку, а белки, возможно, должны высвобождаться в внеклеточный матрикс, Наличие избирательно проницаемой мембраны позволяет клетке осуществлять контроль за количеством, временем и скоростью движения этих молекул.

Движение через избирательно проницаемую мембрану может происходить активно или пассивно. Например, молекулы воды могут пассивно перемещаться через небольшие поры на мембране. Точно так же углекислый газ, выпущенный как побочный продукт дыхания, быстро диффундирует из клетки. Некоторые молекулы активно транспортируются. Например, клетки почки расходуют энергию, чтобы поглотить всю глюкозу, аминокислоты и витамины из клубочкового фильтрата даже против градиент концентрации, Отказ этого процесса приводит к наличию глюкозы или побочных продуктов белкового обмена в моче; Сказочный признак диабета.

Структура селективно проницаемых мембран

Клеточные мембраны нелегко визуализировать с помощью световых микроскопов. Таким образом, гипотезы об их существовании возникли только в конце 19 века, спустя почти двести лет после того, как были обнаружены первые клетки. В разных точках разные модели пытались объяснить, как структура мембраны поддерживает ее функцию. Первоначально мембрана должна была представлять собой простой липидный слой, определяющий цитозоль из внеклеточной области. Впоследствии модели включали полупроницаемые гелеобразные области в липидном море, чтобы объяснить движение воды, но не заряженных частиц. После этого было предложено наличие пор, позволяющих небольшим молекулам свободно перемещаться.

В настоящее время клеточная мембрана Говорят, что он сделан из избирательно проницаемого фосфолипид бислой, чьи гидрофильные домены обращены к водной среде внутри и снаружи клетки, и гидрофобный домены сталкиваются друг с другом, образуя бислой. Эта липидный бислой акцентируется молекулами холестерина, гликолипидами и белками, которые либо закрепляются, либо пересекают всю мембрану. Эти белки образуют каналы, поры или затворы для поддержания селективной проницаемости ионов, сигнальных молекул и макромолекул в зависимости от требований клетки.

Функция селективной проницаемости

Селективная проницаемость имеет решающее значение для создания совершенно другой среды внутри клетки по сравнению с внеклеточным матриксом. Это одинаково важно для поддержания целостности различных органелл внутри клетки. каждый органеллы представляет собой небольшое отделение со специализированной функцией, требующей оптимальной концентрации белков, малых молекул и ионов. Например, клеточное дыхание внутри митохондрия требует, чтобы белки, которые способствуют этому процессу, избирательно импортировались в органеллу, и на его внутреннюю химию не влияли другие метаболические процессы организма. цитоплазма, Точно так же после того, как нейрон передает электрохимический сигнал, он должен восстановиться и вернуться к своему потенциалу покоя, чтобы включить следующий раунд возбуждающей активности. То же самое происходит в каждом сердечная мышца клетка каждый раз сердце бьет. Эти быстрые и крупномасштабные изменения электрохимических свойств этих клеток необходимы для их функционирования и требуют наличия мембраны, которая является избирательно проницаемой.

Избирательная проницаемость мембран особенно важна для транспорта через ядерную мембрану в эукариотических клетках. Белки, нуклеиновые кислоты и нуклеотиды, участвующие в транскрипция должны избирательно и эффективно транспортироваться в ядро, а продукты транскрипции должны своевременно экспортироваться. Ядро имеет отличную микроокружение по сравнению с цитоплазмой и активный транспорт работают механизмы для поддержания этого различия.

Селективная проницаемость обеспечивается специальными белками, которые проходят через клеточную мембрану. Они участвуют в движении ионов и малых молекул, а также крупных полимеров, таких как РНК и белки. Это движение может быть пассивным или активным – с расходом энергии или без нее.

Например, ионы транспортируются через избирательно проницаемые мембраны через каналы и насосы. Пока каналы для пассивный транспорт Ионные насосы опосредуют первичные активный транспорт против градиента концентрации, с гидролизом высокоэнергетической фосфатной связи.

Активный транспорт также может быть связан с движением другой молекулы. Это может быть либо через белок-симпортер – где две молекулы транспортируются в одном направлении – либо антипортерный белок – где молекулы шунтируются в противоположных направлениях. Принцип в обоих случаях один и тот же – потенциальная энергия, запасенная в электрохимическом градиенте, используется для управления переносом другой молекулы.

Активный и пассивный транспорт через избирательно проницаемые мембраны

Пассивный транспорт бывает двух видов – бесплатный диффузия или облегченная диффузия – и движение всегда вдоль градиента концентрации. Свободная диффузия чаще всего наблюдается при движении незаряженных молекул, таких как диоксид углерода или этанол, через клеточную мембрану без участия каких-либо других молекул.

Трансмембранный транспорт также может осуществляться активно, с затратами энергии. Активный транспорт включает в себя гидролиз терминала фосфатная группа в АТФ или ГТП для питания движения молекул против градиента их концентрации. Например, в большинстве клеток имеется большой избыток ионов натрия во внеклеточной среде вместе с избытком ионов калия внутри клетки. Это достигается с помощью трансмембранного фермента, называемого Na + / K + ATPase, который катализирует движение трех ионов Na + за пределы клетки вместе с импортом двух ионов K +. Для каждого такого транспортного цикла фермент использует энергию, выделяемую при превращении одной молекулы АТФ в АДФ. Это называется первичным активным транспортом, где движение напрямую связано с гидролизом высокоэнергетической фосфатной связи. Подобный процесс используется для накачки протонов против градиента их концентрации, и это является важной частью обоих фотосинтез и клеточное дыхание.

Градиенты ионов H +, Na + и K + используются для управления другими процессами посредством вторичного активного транспорта, где дифференциальные электрохимические концентрации обеспечивают движущую силу для других энергоемких процессов, таких как транспорт аминокислот или глюкозы. Например, поглощение глюкозы в кишечнике связано с транспортом ионов Na +. Это пример симпорта, когда ионы натрия и молекулы глюкозы импортируются в клетку. Ионы натрия также участвуют в движении другой заряженной молекулы – Ca2 +. Натриево-кальциевый обменник использует движение Na + вдоль своего градиента для управления встречным переносом Ca2 +. Это особенно важно при движении ионов кальция в больших количествах, таких как нейроны, сердечные клетки, и для поддержания низкой концентрации кальция в митохондрии.

викторина

1. Какой из этих белков участвует в транспорте ядер?A. ImportinB. ExportinC. RanGTPD. Все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 1

D верно. Importins опосредуют движение в ядро, exportins помогают движению молекул из ядра. RanGTP участвует в обоих этих процессах.

2. Какая из этих молекул свободно диффундирует через небольшие поры на клеточной мембране?A. глюкозаB. ATPC. водаD. Ни один из вышеперечисленных

Ответ на вопрос № 2

С верно. Поры состоят из трансмембранных белков, называемых аквапоринами. Глюкоза транспортируется либо посредством облегченной диффузии, либо посредством активного транспорта против ее градиента концентрации. АТФ представляет собой заряженную молекулу и поэтому не может свободно диффундировать через липидный бислой.

3. Выберите молекулу, которая НЕ нуждается в активном транспорте для перемещения через клеточную мембрану.A. Ионы натрияB. Углекислый газC. АминокислотыD. Ионы калия

Ответ на вопрос № 3

В верно. Он может даже диффундировать через каналы аквапоринов. Все остальные три являются заряженными частицами и не могут диффундировать через клеточную мембрану.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Селективная проницаемость

При исследовании процессов селективной проницаемости мембран обычно стремятся создать в аппарате такие гидродинамические условия, при которых практически исключалось бы влияние концентрационной поляризации на основные характеристики мембраны. [16]

Если мембрана обладает идеальной селективной проницаемостью по отношению к ионам А и если в качестве одного из растворов использован раствор с известной активностью, то, измерив потенциал такой мембраны, можно определить неизвестную активность. [17]

Поскольку высокие электропроводность и селективная проницаемость являются положительными свойствами мембраны, для их увеличения, очевидно, следует стремиться к получению мембран с высокой обменной емкостью, или ( что то же самое) с высокой концентрацией фиксированных ионов. Большая пористость и высокая степень гидратации мембраны увеличивают ее проводимость вследствие диффузии доннановского типа в мембрану, однако эти же факторы резко снижают селективную проницаемость. [18]

Течение процесса зависит от селективной проницаемости мембран в рассматриваемых условиях, поэтому их называют мембранами с селективной проницаемостью, или ионоселективными мембранами. Как уже отмечалось, ионообменные материалы представляют собой насыщенные водой полиэлектролитные гели, содержащие активные группы. Во влажном состоянии они обеспечивают высокую концентрацию способных к обмену ионов, которые могут свободно перемещаться под действием разности потенциалов, так как являются хорошим проводником электрического тока. Почти весь ток, проходящий через насыщенную водой мембрану из такого материала, переносится подвижными ионами активных групп. Разность потенциалов по сторонам катиони-товой мембраны, помещенной в раствор поваренной соли, приводит к движению ионов натрия через мембрану в одном направлении и почти не вызывает движения ионов хлора в противоположном направлении. Через анионитовую мембрану, погруженную в такой же раствор, ток переносится в основном ионами хлора. [20]

Использование ионообменных мембран с селективной проницаемостью открывает широкие возможности получения электрохимическими способами чистых продуктов. При применении КОМ с селективной проницаемостью для катионов ( ионов натрия) при производстве хлора и каустической соды отпадает необходимость в протоке электролита из анодного пространства в катодное. [22]

Основными электрохимическими характеристиками мембран являются селективная проницаемость и электропроводность, которые определяются количеством ионогенных групп в матрице и их природой. [24]

Для определения оптимальных условий процесса селективной проницаемости газа через пленку-мембрану необходимо обоснованно выбрать состав полимерного материала пленки, изучить ее селективность, производительность в зависимости от толщины, перепада давления на противоположных ее сторонах, температуры, скорости и способа подачи исходной газовой смеси к поверхности. Необходимо также исследовать устойчивость мембраны к действию сернистого газа, ее прочность и долговечность работы. [26]

Например, некоторые полимерные пленки, обладающие селективной проницаемостью ( большей для кислорода, чем для азота), позволяют создать достаточно компактные устройства для обогащения воздуха кислородом. Энергетическая эффективность экспериментальных образцов таких пленок уже сейчас сопоставима с показателями агрегатов, работающих по существующим схемам. [29]

Обсуждается возможность разделения N2 и Не в результате селективной проницаемости через полимерную мембрану из бутирата ацетилцеллюлозы толщиной 1 мм. Рабочая температура составляет 21 С при давлениях во входящем и выходящем потоках, равных соответственно 1 и 0 1 МПа. [30]

Источник