Procesul de ultrafiltrare în industria vinului și a sucurilor de fructe

Termenul de “ultrafiltrare” a fost utilizat pentru prima data de Bechhold in 1907/12/ tot el fiind acela care a realizat palnia de ultrafiltrare, “palnia Bechhold”.

Ultrafiltrarea face parte din categoria proceselor de membrana, fiind procedeul prin care se indeparteaza dintr-un sistem compusi cu mase moleculare cuprinse intre 500 – 50.000 Da (zaharuri, biomolecule, polimeri, particule coloidale), ceea ce corespunde la un diametru mediu al porilor cuprins intre 0,1–1 nm (10-1000 Å). Asadar, fata de microfiltrare prin care se indeparteaza impuritati mecanice si suspensii coloidale, prin ultrafiltrare sunt separate particule de marimea substantelor macromoleculare de cele cu masa moleculara mica, conform reprezentarii schematice din figura 4.

Fig. 4 Schema de principiu a ultrafiltrarii

Metodele de obtinere a membranelor de ultrafiltrare sunt similare cu cele utilizate la microfiltrare, aplicandu-se anumite conditii specifice de lucru, in functie de natura materialului si diametrul porilor.

Membranele de ultrafiltrare si microfiltrare pot fi considerate ca membrane poroase unde rejectia este determinata in principal de marimea si forma porilor legate de cele ale solutului si unde transportul solventului este direct proportionala cu presiunea aplicata. Astfel curgerea solventului prin membrana poroasa poate fi descrisa de exemplu de ecuatia Kozeny-Carman. In ambele cazuri principiul separarii este sitarea. Exista totusi o diferenta importanta intre cele doua tipuri de membrane: membrana de ultrafiltrare are o structura asimetrica cu un strat activ (“top layer”) mult mai dens (marimea porilor mai mica si porozitatea superficiala mai scazuta) si in consecinta are o rezistenta hidrodinamica mai mare.

Grosimea stratului activ in membrana de ultrafiltrare este in general mai mica de 1µm.

Majoritatea membranelor de ultrafiltrare care se comercializeaza astaziu sunt obtinute prin inversia de faza din urmatoarele materiale:

• polisulfona/poli(etersulfona)/polisulfona sulfonata

• poliimide/poli(eter)imida

• pliamide alifatice

• polietercetone

• esteri celulozici (ex. Acetat de celuloza)

• poli(viniliden fluorura)

• poliacrilonitril(si bloc-copolimerii)

Membranele ceramice de ultrafiltrare se obtin din Al₂O sau ZᵣO₂.

Deoarece limita inferioara pentru membranele poroase obtinute prin sintetizare este de 0,1µm pentru diametrul porilor, aceasta tehinca nu poate fi folosita pentru prepararea membranelor de ultrafiltrare.Structurile poroase sinterizate pot fi folosite ca substraturi in membranele compozite de osmoza inversa, nanofiltrare, separarea gazelor si pervaporatie.

Ca si in microfiltrare performanta procesului nu este egala cu prioritatile membranei.Motivul este acelasi: aparitia polarizarii de concentratie si colmatarii. Solutul macromolecular retinut de membrana se acumuleaza la suprafata membranei rezultand o crestere de concentratie. In acest stadiu, fluxul conevctiv al solutului la membrana este egal cu fluxul difuzional invers de la membrana spre intreaga masa. In continuare prin cresterea presiunii nu se va obtine o crestere a fluxului datorita rezistentei stratului secundar care s-a marit astfel ca se va atinge o valoare de flux limita .

Aplicatiile ultrafiltrarii sunt in majoritate la nivel industrial, existand si unele in faza de studiu. Aplicatiile industriale sunt in domeniu alimentar, cu deosebire in industria laptelui, industria farmaceutica, textila, chimica, metalurgica, industria hartiei sau a prelucrarii pielei.