Membrana artificiale

Una membrana artificiale, anche chiamata membrana sintetica, è una membrana preparata per la separazione di elementi in laboratorio e nell'industria. La sua parte attiva, che permette il trasporto selettivo del materiale, consiste solitamente di polimeri (ad esempio polisulfone, polietersulfone, acetato di cellulosa, poliammide, o poliacrilonitrile) o materiale inorganico (ad esempio allumina, vetro borosilicato, o acciaio al zirconio). Una membrana potrebbe contenere parti ausiliarie per il supporto meccanico, il drenaggio, rattoppo, ecc. Rispetto alla comune filtrazione, la filtrazione a membrana permette di trattenere particelle di dimensioni molto minori (ad esempio batteri, molecole, e ioni).

Moduli a membrana del tipo "hollow fiber".

Preparazione delle membrane

Spaccato di un modulo a membrana del tipo "spiral flow".

Membrana utilizzata per il processo di osmosi inversa, del tipo "spiral flow".

Le membrane possono essere preparate nella forma di fogli piani, tubi, capillari e fibre cave. I metodi di preparazione delle membrane artificiali sono:

• per sinterizzazione
• per precipitazione da evaporazione
• per precipitazione termica
• per stiramento da un film polimerico
• per estrazione
• per via elettrochimica (col processo elettrochimico chiamato etching)

Dopo la preparazione, le membrane possono essere assemblate in:

• sistemi a piatto e telaio (plate & frame, con arrangiamento analogo alla filtropressa)
• moduli a spirale (spiral flow membrane module)
• moduli a fibre cave (hollow fiber membrane module): in tubi o fibre da 0,25÷2,5 mm di diametro, assemblate assieme a formare il modulo in configurazione rettilinea o ad U.
• moduli tubulari (tubular membrane module): con tubi di diametro maggiore di 3 mm, in genere assemblati in geometri a fascio tubiero e mantello (shell and tube)^[1].

Materiali impiegati

Le membrane artificiali vengono realizzate con polimeri organici o con materiale inorganico. Ecco alcuni materiali impiegati:

Polimeri organici

• Polisolfone (PS)
• Polietersolfone (PES)
• Acetato di cellulosa (CA)
• Poliammide (PA)
• Polivinildedefluoruro (PVDF)
• Poliacrilonitrile (PAN)

Materiali inorganici

• Allumina gamma
• Allumina alfa
• Vetro borosilicato

Applicazioni

Le membrane sono impiegate in un ampio spettro di operazioni, come la microfiltrazione, l'ultrafiltrazione, la nanofiltrazione, l'osmosi inversa, la pervaporazione (rimozione di componenti volatili da non-volatili), la concentrazione (rimozione di un solvente da un soluto), la separazione di gas, la dialisi, l'elettrodialisi, e la cromatografia.^[2] Le applicazioni dipendono dal tipo di funzionalità incorporata nella membrana, che si possono basare sull'esclusione in base alle dimensioni, l'affinità chimica o l'elettrostatica.

Le applicazioni tipiche nelle quali sono state usate le membrane sono la depurazione delle acque, la rimozione dei microorganismi nei latticini, la desalinizzazione dell'acqua, la deidrogenazione del gas naturale, l'emodialisi o come componente delle pile a combustibile.