浸透気化

パーベーパレーション （または浸透気化分離）は、非多孔性または多孔質膜を介して部分的な蒸発による液体の混合物の分離のための処理方法です。

理論

パーベーパレーションという用語は、プロセスの2つのステップのポートマントーです：（a）透過液による膜の透過、（b）気相への蒸発。このプロセスは、そのシンプルさとインラインの性質により、精製や分析など、いくつかの異なるプロセスで多くの業界で使用されています。

膜は、液相供給と気相透過の2つの相の間の選択的バリアとして機能します。それは、液体供給物の所望の成分が気化によって移動することを可能にします。成分の分離は、膜を通る個々の成分の輸送速度の違いに基づいています。

典型的には、膜の上流側は周囲圧力にあり、下流側は真空下にあり、膜を透過した後の選択的成分の蒸発を可能にする。分離の推進力は、2つの側面の成分の分圧の差であり、フィードの成分の揮発性の差ではありません

異なる成分を輸送するための駆動力は、膜の各側での液体供給物/保持物と蒸気透過物との間の化学的電位差によって提供されます。保持液は、膜フィードチャンバを出るフィードの残りであり、膜を透過しません。化学ポテンシャルは、液体の場合はラウルの法則によって、（理想的な）気体の場合はダルトンの法則によって与えられるフガシティの観点から表現できます。操作中、気相透過物の除去により、蒸気の実際のフガシティーは、収集された（凝縮された）透過物に基づいて予想されるよりも低い。

成分（ 例えば水及びエタノール）の分離は、膜を通る個々の成分の搬送速度の差に基づいています。この輸送メカニズムは、溶液拡散モデルを使用して説明できます。これは、成分の膜への溶解速度/溶解度と、膜を通る輸送速度（拡散率で表される）に基づいており、成分ごとに異なります。分離につながる膜タイプ。

用途

パーベーパレーションは、除去する微量または微量の成分を含む溶液の希釈に効果的です。これに基づいて、親水性膜は少量の水を含むアルコールの脱水に使用され、疎水性膜は水溶液から微量の有機物の除去/回収に使用されます。

浸透気化は、蒸留や蒸発などのプロセスに代わる効率的なエネルギー節約手段です。直接接触することなく、2つのフェーズを交換できます。

例には、溶媒脱水：エタノール/水およびイソプロパノール/水共沸物の脱水、酵母発酵槽からの連続エタノール除去、変換および反応速度を高めるエステル化などの縮合反応からの連続水分除去、膜導入質量分析、有機溶媒の除去が含まれます工業廃水、蒸留と浸透気化/蒸気透過の組み合わせ、および水溶液中の疎水性フレーバー化合物の濃度（疎水性膜を使用）

最近、多くの親有機性パーベーパレーション膜が市場に導入されました。有機親和性浸透気化膜は、有機-有機混合物の分離に使用できます。例えば、精製ストリームの芳香族含有量の低減、共沸混合物の破壊、抽出媒体の精製、抽出後の製品ストリームの精製、および有機溶媒の精製

材料

疎水性膜は、多くの場合、実際の分離メカニズムが上記の溶液拡散モデルに基づいているポリジメチルシロキサンに基づいています。

親水性膜はより広く入手可能です。現在まで商業的に最も成功した浸透気化膜システムは、ポリビニルアルコールに基づいています。さらに最近では、ポリイミドに基づく膜も利用可能になりました。高分子膜システムの固有の欠点を克服するために、過去10年間でセラミック膜が開発されました。これらのセラミック膜は、マクロポーラス支持体上のナノポーラス層で構成されています。細孔は、水分子を通過させ、エタノールなどの分子サイズが大きい他の溶媒を保持するのに十分な大きさでなければなりません。その結果、約4Åのポアサイズのモレキュラーシーブが得られます。このクラスの膜の中で最も広く利用可能なメンバーは、ゼオライトAに基づくものです。

これらの結晶材料の代わりに、アモルファスシリカ層の多孔質構造を分子選択性に合わせて調整することができます。これらの膜は、ゾルゲル化学プロセスによって製造されます。新規の親水性セラミック膜の研究は、チタニアまたはジルコニアに焦点が当てられています。ごく最近、有機無機ハイブリッド材料の開発により、熱水安定性のブレークスルーが達成されました。