ممبران فیلمتک چگونه ساخته می‌شود؟

در مطالب فراوانی که پیرامون فیلتر ممبران اسمز معکوس تا به اینجا بیان شد، اهمیت استفاده از این فیلتر در تصفیه آب به‌وضوح روشن شد. گستره فراوان استفاده از این فیلتر تصفیه آب سبب شده تا شرکت‌های بسیاری در سرتاسر دنیا روزانه هزاران عدد از آن را برای کاربردهای مختلف تصفیه آب خانگی، تصفیه آب صنعتی و همچنین سیستم‌های آب شیرین کن تولید کنند. در زیر فهرستی از شرکت‌های بزرگ دنیا در تولید فیلتر ممبران اسمز معکوس آمده است:

1. Dow Filmtec، ایالات‌متحده
2. Hydranautics، ایالات‌متحده
3. TriSep، ایالات‌متحده
4. Koch Membrane، ایالات‌متحده
5. (GE Membrane (Osmonics، ایالات‌متحده
6. (CSM Membrane (Saehan، کره جنوبی
7. Permionics Membranes، هند
8. Toray Industries، ژاپن
9. Hyflux، سنگاپور
10. (Norit Membrane (Pentair، هلند
11. Inge، آلمان

شرکت Dow که در ابتدا با تولید مواد شیمیایی در سال ۱۸۹۷ میلادی فعالیت خود را آغاز نمود، در سال ۱۹۸۴ میلادی سهام شرکت FilmTec Corporation را که در سال ۱۹۷۷ میلادی در مینه‌سوتای آمریکا تأسیس شده بود خریداری کرد و از آن تاریخ ممبران‌های اسمز معکوس Dow FilmTec روانه بازار شد. عملکرد فوق‌العاده این شرکت باعث شد تا ممبران فیلمتک به محبوب‌ترین برند ممبران در دنیا تبدیل شود و سهم عمده‌ای از بازار تولید و عرضه ممبران را در سطح بین‌المللی در اختیار گیرد.

کشور ما هم از این قاعده مستثنا نیست و ممبران اسمز معکوس عموماً با همین برند در کشور عرضه می‌شود؛ بنابراین در این مطلب قصد داریم به نحوه ساخت فیلتر ممبران اسمز معکوس فیلمتک بپردازیم. این مطلب به خواص شیمیایی فیلترهای این برند اختصاص داشته و در مطلب آینده به ساختار فیزیکی این فیلترها می‌پردازیم.

بررسی ساختار شیمیایی ممبران فیلمتک

ممبران فیلمتک یک ممبران مرکب لایه‌نازک (Thin-film Composite) است که از سه لایه تشکیل شده است؛ یک شبکه پلی‌استری به‌عنوان لایه پشتیبان (Supporting Layer)، یک لایه میانی متخلخل از جنس پلی‌سولفون و یک لایه بسیار نازک حائل از جنس پلی آمید که به‌عنوان لایه بالایی استفاده می‌شود. هرکدام از این لایه‌ها وظیفه خاصی را در تصفیه آب به عهده دارند. شکل زیر، نمایی از برش عرضی فیلتر ممبران فیلمتک را نشان می‌دهد.

شرکت فیلمتک دو دسته ممبران پلی آمیدی مختلف را برای تصفیه آب تولید می‌کند. دسته اول توسط این شرکت با نام FT30 نام‌گذاری شده و از پلی آمید آروماتیک (معطر) ساخته‌شده‌اند. از این صفحات ممبران در ساخت تمام مدل‌های ممبران اسمز معکوس فیلمتک و نیز ممبران نانوفیلتراسیون مدل NF90 این شرکت استفاده شده است. دسته دوم ممبران‌ها ترکیبی از پلی آمیدهای آروماتیک و آلیفاتیک هستند که در تمام مدل‌های ممبران نانوفیلتراسیون این شرکت (به‌جز مدل NF90) استفاده می‌شوند. در شکل زیر ساختار شیمیایی ممبران‌های مدل FT30 این شرکت آمده است.

ممبران‌های مدل FT30 از پلی آمیدهای آروماتیکی که از ۱ و ۳ فنیلن دی آمین و سه-اسید کلرید بنزن تشکیل شده است، ساخته می‌شوند. این فرمول شیمیایی سبب مقاومت فوق‌العاده ممبران و نیز ساختار مستحکم آن به دلیل وجود پلیمرهایی شامل کربوکسیلیک اسید و آمین‌های آزاد خنثی در سطوح مختلف می‌شود. مقاومت شیمیایی ممبران فیلمتک باعث افزایش طول عمر آن و سهولت فرآیند شست‌وشوی ممبران شده است.

در شکل زیر، ساختار شیمیایی بسیاری از ممبران‌های نانوفیلتراسیون فیلمتک آمده است. این ساختار همان‌طور که گفته شد یک پلی آمید آروماتیک/آلیفاتیک است که گروه‌های عاملی آمین و کربوکسیلات دارد.

گفتیم که لایه پشتیبان صفحات ممبران از یک شبکه بافته‌نشده (non-woven) ساخته شده که برای تأمین سطحی مستحکم و درعین‌حال نرم و بدون حضور الیاف سست تعبیه شده است. چون این شبکه پلی‌استری بسیار نامنظم و متخلخل است نمی‌تواند به‌تنهایی زیرلایه مناسبی برای لایه حائل جداکننده نمک باشد؛ بنابراین از یک لایه از جنس پلی سولفون که بر روی شبکه پلی‌استری نشانده شده است به‌عنوان لایه میانی صفحات ممبران استفاده می‌شود.

اندازه حفرات لایه پلی سولفونی در حدود ۱۵۰ آنگستروم (۱۵۰۰ نانومتر) است. لایه حائل پلی آمیدی نیز چیزی در حدود ۲۰۰۰ آنگستروم ضخامت دارد ولی بااین‌وجود به دلیل وجود لایه‌های پشتیبان پلی سولفونی و پلی‌استری توانایی مقاومت در برابر فشارهای بسیار زیاد را دارد. ترکیب شبکه پلی‌استری و لایه پلی سولفونی برای دست‌یابی به شار آب خروجی زیاد در فشار بالا بهینه شده است.

دلیل ضخامت بسیار کم لایه حائل این است که ممبران در برابر تنش‌های مکانیکی و تخریب‌های شیمیایی مقاومت بالایی داشته باشد.