Determinarea coeficientului de permeabilitate pentru o membran artificial

Determinarea coeficientului de permeabilitate

pentru o membran artificialUn sistem complex format dintr-un solvent in care se gasesc dizolvate specii chimice ionice, molecule si macromolecule si dispersate macromolecule, agregate moleculare si particule, poate fi separat in componente prin procese membranare. Datorita gamei largi de utilizari a acestora se evidentiaza cinci importante procese membranare (microfiltrarea, ultrafiltrarea, osmoza inversa, dializa si electrodializa) care acopera intregul domeniu de marimi de particule de separat, egaland in versatilitate sedimentarea in camp centrifugal. Procesele membranare permit si separarea unor specii chimice dizolvate, deci fracionarea unor sisteme omogene, asemanandu-se din acest punct de vedere cu extracia, distilarea sau schimbul ionic.

Membrana este o pelicula de grosime neglijabila fata de aria suprafetei, care desparte doua medii avnd caracteristici fizico-chimice diferite. n functie de particularitatile difuziei exista:

- membrane permeabile permite tercerea tuturor componentilor

- selectiv permeabile permite numai trecerea anumitor componenti

- semipermeabile permite doar trecerea solventului

- ireciproc permeabile permite trecerea solvitului ntr-un singur sens Membranele polimerice sau anorganice, sintetice sau naturale au ca principala caracteristica structura. Termenul "structura" se refera in cazul acesta la textura (morfologia) membranelor, care din acest punct de vedere poate fi: simetrica, asimetrica sau compozita.

Membranele omogene se obtin din materiale care nu permit formarea de structuri asimetrice sau compozite si sunt destinate unor aplicatii care utilizeaz morfologii membranare anizotrope sau care nu necesita valori mari ale fluxurilor de produs.

Structura membranara influenteaza criteriile de selectare a materialelor membranare, constituind factorul esential in mecanismele de separare si transport. Astfel membranele poroase, materiale care conin goluri de dimensiuni mult mai mari decat dimensiunile moleculare, conform clasificrilor internationale, pot fi membrane macroporoase, mezoporoase si microporoase, dupa cum marimea porilor este mai mare de 50 nm, cuprinsa ntre 50 si 2 nm si respectiv mai mica de 2 nm. Procesul de transport al speciilor chimice prin acest tip de membrane, avand ca forta motrice gradientul de presiune, concentratie sau potential electric, are loc prin sistemul de pori printr-un mecanism de curgere capilara.

Membranele neporoase nu posed pori detectabili microscopic, acestea fiind asimilate, din punct de vedere structural, cu un solvent imobil pentru moleculele supuse transportului. Procesul de transport prin membranele de acest tip se efectueaz printr-un mecanism de solubilizare-difuzie, speciile chimice se dizolv i difuzeaz n interiorul membranei sub aciunea gradientului de concentraie i / sau de presiune. Un factor important n procesul de transport prin membranele neporoase l constituie interacia dintre faza fluid i membran. Ca urmare a procesului de interacie, membrana se poate gonfla n fluid sau poate fi complet dizolvat.Este stiut faptul ca moleculele sunt intr-o continua miscare. Daca nu au loc ciocniri cu alte molecule sau obstacole din mediul in care se afla, miscarea are loc in linie dreapta. Difuzia este procesul prin care, ciocnirile dintre molecule cauzeaza o imprastiere continua a acestora, cat mai departe una de cealalta. Miscarea in masa poate fi descrisa ca o deplasare dintr-o zona cu concentratie mai mare intr-o zona cu concentratie mai mica. Difuzia continua pana cand moleculele sunt distribuite in mod egal in tot volumul in care se afla. In acest moment moleculele continua sa se miste si sa se ciocneasca dar concentratia lor ramane aceeasi in tot volumul. Cu alte cuvinte in cursul procesului de difuzie are loc trecerea unui component dintr-o parte a sistemului unde concentratia lui este mai mare ntr-o regiune unde concentratia lui este mai mica. Spunem ca difuzia apare n regiunile din spatiu n care exista gradienti de concentratii.

Cand anumite molecule intalnesc o membrana cu pori, acestea pot trece prin aceasta. Daca moleculele sunt sufficient de mici astfel incat sa treaca prin porii membranei, atunci miscarea acestora va duce la egalizarea concentratiilor de o parte si de alta a membranei.

Relatia ce ne permite calcularea coeficientului de permeabilitate al membranei pentru o anumita solutie este:

Unde C-diferenta de concentratii in cele doua compartimente la momentul t, Co diferenta de concentratii la momentul t=0, P-coeficientul de permeabilitate al membranei, S-suprafata totala a porilor, V-Volumul unui compartiment.

Daca logaritmam expresia de mai sus obtinem:

Marimea se numeste constanta de timp a procesului de difuzie.Dispozitive si aparate necesare:

spectrofotometru

solutii de rodamina cu concentratii cunoscute pentru etalonare

solutie de rodamina pentru procesul de difuzie

apa distilata

vas bicompartimentat membrana de celofan cronometru

Mod de lucru

-se masoara, cu ajutorul spectrofotometrului, absorbanta la 520nm a solutiilor cu concentratie cunoscuta

- Se completeaza tabelul 1 si se traseaza graficul de etalonare C=f(A), (C-concentratia solutiei, A- absorbtia citita pe display-ul aparatului)

- se pune intr-unul din compartimente o solutie de rodamina, iar in celalalt compartiment apa distilata

-se urmareste la intervale de 5 min absorbanta solutiilor din cele doua compartimente pentru radiatia cu lungimea de unda 520nm-se determina din graficul de etalonare concentratiile corespunzatoare absorbantelor citite

- se completeaza Tabelul 2- se traseaza graficul , si din panta dreptei se calculeaza constanta de timp a procesului de difuzie 1/=tg, -panta dreptei. Cunoscand volumul si suprafata totala a porilor se poate determina coeficientul de permeabilitate al membranei. Tabel 1 Etalonarea spectrofotometrului pentru solutii de rodaminaNr. Crt.C (mg/ml)A

1

2

3

4

5

Tabel 2 Determinarea constantei de timp a procesului de difuzie prin membrana de celofanNr crtt(s)A1A2C1(mg/ml)C2(mg/ml)

10

2300

3600

4

5...

Paulo zampa perrugiaPAGE 3

_1353490941.unknown

_1353490965.unknown

_1384856000.unknown

_1352879247.unknown

_1353490797.unknown

_1353490804.unknown

_1352795069.unknown