Kalvoseparointi

Kalvoseparointi on erotusprosessi, jossa käytetään puoliläpäisevää kalvoa erottamaan komponentteja seoksesta. Kalvo mahdollistaa joidenkin aineiden kulun nopeammin kuin toisten, jolloin syntyy permeaatti (kalvon läpäisevät aineet) ja retentaat (kalvolle jäävät aineet). Ero perustuu molekyylien koon, kemiallisen affiniteetin sekä läpäisyominaisuuksien eriytymiseen ja kalvon rakenteeseen. Kalvoseparointi on keskeinen tekniikka vesihuollossa, elintarviketeollisuudessa, bioteknologiassa sekä kaasujen erottelussa.

Toimintaperiaate ja ajurit: Kalvon avulla erotus perustuu siihen, että osa aineista siirtyy kalvon läpi helpommin kuin toiset. Ajureina käytetään paine-eroa, pitoisuuseroa tai sähköistä potentiaalia. Paineohjatulla erottelulla ovat tyypilliset menetelmät mikrofiltrointi MF, ultrafiltrointi UF, nanofiltraatio NF ja käänteisosmoosi RO. Osa sovelluksista hyödyntää osmoottista tai elektrokinettistä ajuria. Näin voidaan poistaa suoloja, suuria molekyylejä ja epäorgaanisia yhdisteitä.

Kalvomateriaalit: Kalvot ovat yleisimmin polymeerisiä, mutta myös keraamisia ja näiden yhdistelmiä käytetään. Polymeerikalvot ovat joustavia ja kustannustehokkaita; ne rakennetaan kerroksittain, jolloin ohut, selektiivinen kuorikerros määrittää läpäisyn. Tavallisimmat materiaalit ovat polyamidi, polysulfone ja cellulose acetate, sekä näihin liittyvät composite-kalvot. Keraamiset kalvot kestävät paremmin happoja, korkea lämpötiloja ja mekaanista kulutusta.

Sovellukset: Vesihuollon ja meriveden suolanpoiston RO:lla, juomien kirkastukseen sekä elintarvike- ja juomateollisuuden käsittelyyn. Bioteknologiassa ja pharmateollisuudessa käytetään kalvoseparointia proteiinien ja muiden suurien molekyylien erotteluun sekä puhdistukseen. Kaasukalvoseparointia hyödynnetään CO2:n erottelussa ja kaasujen kierrätyksessä. Menetelmää sovelletaan myös prosessipohjaisissa puhdistus- ja konsentraatiojärjestelmissä.

Edut ja haasteet: Edut ovat pienempi energiankulutus verrattuna perinteisiin erotusmenetelmiin, modulaarisuus ja pienet tilavaatimukset sekä korkea erottelukyky tietyissä sovelluksissa. Haasteita ovat kalvofouling, elinikä ja kemikaaleille kestävyys sekä vaihtokustannukset ja jätteen hallinta.