غشای نیمه تراوا چیست و چه کاربردی دارد؟

در هنگام خرید تصفیه آب خانگی یا فیلتر دستگاه تصفیه آب شاید نام غشای نیمه تراوا را شنیده باشید. حال سوال اینجاست که این غشاهای نیمه تراوا چیست و چه کاربردی دارند. غشا دارای نفوذ پذیری انتخابی است که مانند سد عمل می‌کند یکی دیگر از کاربردهای آن رفع ابهام از فرایندهای غشایی است.

در کل به هر نوع پوسته یا پرده نازک و تراوا یا نیمه تراوا گفته می‌شود. غشای پلاسمایی در پزشکی، میکروبیولوژی، فیزیولوژی یاخته‌ای و زیست‌شیمی به پوسته نازک یاخته‌ها که یک دولایه فسفولیپیدی است و به عنوان مرز میان ساختارهای گوناگون یاخته‌ای عمل می‌کند، گفته می‌شود.

غشاها برای جداسازی محلول‌ها و یا مخلوط گازها کاربرد دارند که بسته به خواص غشاء اعم از استحکام، محافظ تکیه‌گاه، مواد تشکیل دهنده می‌تواند کاربردهای گوناگونی داشته باشد.

عملکرد و کاربرد غشای نیمه تراوا

غشا و فرایندهای غشایی به صورت مانع انتخابی است که در زمان‌های مختلف و همچنین قسمت بیرونی سلول و اندامک‌ها را می‌پوشاند و به ترکیبات خاص و سایر ترکیبات موجود در محیط مایع اجازهٔ عبور می‌دهد. قسمت درون ریز غشا به عنوان یک جریان تغذیه‌ای شناخته شده است. مایعی که در سرتاسر غشا جریان دارد به عنوان مایع نفوذ کرده به غشا شناخته شده و مایع حاوی ترکیبات خاصی می‌باشد

درجهٔ نفوذ پذیری غشا به اندازهٔ منافذ غشا بستگی دارد. بسته به اندازه منافذ می‌توانیم به صورت میکرو فیلتراسیون (MF) اولترافیلتراسیون (UF)، نانو فیلتراسیون (NF) طبقه‌بندی کرد و همچنین به روش اسمزی غشا هم اشاره کرد

غشا و فرایندهای غشایی همچنین می‌تواند ضخامت‌های مختلف با ساختار همگن یا ناهمگن باشد. همچنین می‌تواند خنثی و یا باردار باشد و انتقال ذرات می‌تواند به صورت فعال یا غیر فعال باشد. در حالت دوم فرایند غشا می‌تواند با فشار، غلظت، مواد شیمیایی و شیب الکتریکی باشد. غشا را می‌توان به طور کلی به غشا مصنوعی و غشاهای بیولوژیکی طبقه‌بندی کرد.

فرایندهای غشایی

میکرو فیلتراسیون (MF)

ذرات بزرگتر از ۰/۰۸ الی ۲ میکرومتر را حذف می‌کند و در محدوده (۷–۱۰۰)کیلو پاسکال فعالیت می‌کند میکرو فیلتراسیون به منظور حذف مواد جامد معلق باقی‌مانده استفاده می‌شود و حذف باکتری را به منظور ضد عفونی کردن مؤثر آب و همجنین به عنوان یک روشی برای جلوگیری از اسمز انجام می‌دهد. تحولات اخیر در مورد بیو راکتورهای غشایی است که میکرو فیلتراسیون و راکتور را برای درمان بیولوژیکی ادغام کرد.

اولترا فیلتراسیون (UF) (همان فوق فیلتراسیون)

ذرات بزرگتر از ۰/۰۰۵ الی ۲ میکرومتر را حذف می‌کند و در محدودهٔ ۷۰ الی ۷۰۰ کیلو پاسکال فعالیت می‌کند. اولترا فیلتراسیون‌ها برای بسیاری از برنامه‌های کاربردی مانند فیلتراسیون استفاده می‌شود. برخی از غشاهای اولترا فیلتراسیون‌ها برای حذف ترکیبات محلول با وزن مولکولی بالا مانند: پروتئین‌ها و کربوهیدرات‌ها استفاده شده است. همچنین آنها قادر به حذف ویروس‌ها و برخی از آندوکسین‌ها هستند.

نانوفیلتراسیون (NF)

همچنین به عنوان شل کننده شناخته شده و می‌تواند ذرات کوچکتر از ۰/۰۰۱ میکرومتر را عبور دهد و برای حذف ترکیبات محلول از فاظلاب استفاده می‌شود. NF در درجهٔ اول به عنوان یک فرایند نرم کردن غشا ارائه شد که یک جایگزین برای نرم شدن مواد شیمیایی توسعه یافته است، به همین ترتیب نانوفیلتراسیون را می‌توان به عنوام یک پیش درمان قبل از ضایعات اسمزی به کار گرفت.

اهداف اصلی NF قبل از درمان عبارتند از:

به حداقل رساندن ذرات و رسوب میکروبی از غشا با برداشتن کدورت‌ها و باکتری‌ها

جلوگیری از پوسته پوسته شدن با برداشتن یونهای سخت

کاهش فشار از روند RO با کاهش مواد جامد محلول درآب

اسمز معکوس (RO)

معمولا برای نمک زدایی آب استفاده می‌شود و همچنین برای ترکیبات محلول در فاضلاب باقی‌مانده پس از درمان پیشرفته با میکروفیلتراسیون مورد استفاده قرار می‌گیرد و یونها را حذف می‌کند و نیاز به فشار بالا برای تولید آب مقطر دارد. (۷۰۰–۸۵۰)

وظیفه غشا چیست؟

غشا ضمن محافظت از سلول ورود و خروج مواد را نیز کنترل می‌کند. این غشا مانند یک صافی نیست که مواد را بر اساس اندازه عبور دهد بلکه نفوذپذیزی انتخابی دارد. یعنی فقط به مواد مورد نیاز سلول اجازه ورود می‌دهد و مواد زائد و ترشحی را از سلول خارج می‌کند. غشای سلول عمدتاً از لیپید (چربی) ساخته شده است همچنین انواعی از مولکول‌های پروتئین و کربوهیدرات (قند) نیز در این غشا وجود دارد.

غشای نیمه تراوا – غشای نیمه متخلخل

غشای نیمه تراوا فقط به بعضی از ملکول‌ها اجازه عبور از خود را می‌دهد. این غشا سلول‌های گیاهی یا جانوری را در بر می‌گیرد و به آن‌ها این امکان را می‌دهد که مواد غذایی را بگیرند و محصولات زائد را دفع کنند. غشا ماده آبکی سلول را حفظ می‌کند و معمولاً به سلول شکل می‌دهد غشای نیمه تراوا لایه‌ای بسیار نازک و انعطاف‌پذیر است. مولکول‌های بسیار بزرگ-نظیر پروتئین ها-نمی‌توانند از غشا عبور کنند و به درون سلول راه یابند مولکول‌های کوچکتر موجود در خونرهشان را از درون سوراخ‌های ریز غشای نیمه تراوا می‌یابند در حالی که ملکول‌های بزرگتر اکن عبور ندارند. مولکول‌ها از طریق دیفیزیون (پخش) و اسمز از غشا عبور می‌کنند.

در پالایشگاه‌ها برای جداسازی هیدروکربن‌های خطی از غیر خطی جهت بهبود عدد اکتان خروجی از واحد آلکیلاسیون به کار می‌رود.

غشاها را می‌توان از مواد مختلفی ساخت. به‌عنوان اولین طبقه‌بندی، غشاها را می‌توان به دو گروه غشاهای بیولوژیکی و سنتزی تقسیم نمود. غشاهای بیولوژیکی برای زندگی بر روی زمین ضروری هستند. هر سلول زنده با یک غشا احاطه شده‌است، اما این غشاها اساساً از نظر ساختار و عملکرد با غشاهای سنتزی متفاوت هستند.

غشاهای سنتزی را می‌توان در دو گروه زیر تقسیم‌بندی نمود:

غشاهای پلیمری

غشاهای غیر آلی

اولین استفاده از غشا در مقیاس بزرگ در استفاده از فناوری میکروفیلتراسیون و تصفیه پیشرفته بوده است.