Технологический процесс изготовления оснастки для сборки фильтрующих элементов наномембранных фильтров

1. Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профес

Институт Машиностроения и Автомобильного Транспорта
Кафедра Технология машиностроения
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСНАСТКИ ДЛЯ СБОРКИ
ФИЛЬТРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НАНОМЕМБРАННЫХ
ФИЛЬТРОВ
Выполнил: Михалкина С.В.
Руководитель: Беляев Л.В.

2. Введение

Целью работы является наномембранные фильтры,
которые способны очистить жидкости, газы, а
в
биотехнологии для очистки и концентрирования вирусов.
Задачи данной работы:
Изучение фильтрования и принцип действия
Изучение мембран и их видов
Изучение
наномембран.
Способ
изготовления
наномембранных фильтров.
Тема моей выпускной квалификационной работы очень
актуальна, так как в наше время происходит большой выброс
промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов,
что приводит к значительному ухудшению качества воды,
идущей
на
хозяйственно-питьевые
нужды.
А
наномембранный фильтр позволяет удалять из воды: железо,
нерастворимые примеси, тяжелые металлы, коллоидные
соединения и другие мелкодисперсные вещества.
2

3. Основная задача

1.1 Фильтрование и принцип действия
Фильтрование – это процесс разделения суспензий,
пыли и туманов с помощью пористой (фильтровальной)
перегородки, которая пропускает жидкость или газ и
задерживает взвешенные в них твердые частицы.
Процесс очитки воды фильтрованием заключается в её
пропуске через пористую среду, на поверхности или в порах
которой при этом происходит накопление частиц
загрязнений, извлекаемых из очищаемой воды.
3

4.

1.2 Мембраны, их виды и принцип действия
1.
2.
3.
4.
Мембраны - тонкие пленки со специальной структурой, созданные для
обеспечения селективного пропускания растворенных веществ.
Виды мембран:
Микрофильтрационные. (Микрофильтрационные мембраны имеют
большие поры и вследствие этого обладают высокой производительностью п
ри небольших давлениях.)
– 0,02-4,0 мкм.
Ультрафильтрационные (Осуществляет ультрафильтрационное кондиционир
ование воды с сохранением микроэлементного состава, финишную очистку в
оды и тонкую фильтрацию от механических примесей.)
– 0,02-0,2 мкм.
Нанофильтрационные (Эта мембрана отвечает за смягчение очень жесткой
воды. Данная мембрана может удерживать в своих порах
хлороорганику и частицы тяжелых металлов.)
– 0,001-0,01 мкм.
Обратноосмотические (Они отфильтровывают все бактерии и вирусы,
основную часть растворенных солей, органические соединения, железо и
тяжелые металлы, органические красители, придающие воде цвет,
пестициды, гербициды и инсектициды.)
– 0,0001-0,001 мкм.
4

5.

1.3 Наномембраны. Способ изготовления
наномембранных фильтров
Наномембранами называют мембраны, которые содержат поры
диаметром в доли микрона и менее. В частности, материалы, в которых размер
пор строго контролируем и составляет от 2 до 50 нм, называются
мезопористыми молекулярными ситами. Мелкие поры способны задерживать
очень малые твердые частицы, а также микробы, вирусы, отдельные клетки и
даже молекулы.
Способ изготовления наномембранных фильтров, заключается в том, что
на поверхность металлической подложки напыляют пленку окиси кремния, на
эту пленку напыляют нанометровый металлический слой толщиной не более 5
нм, затем процессы напыления повторяют многократно до тех пор, пока
толщина слоистой структуры не достигнет величины не менее 50 мкм, над
сформированной структурой располагают игольчатый металлический электрод,
создают между подложкой и электродом разность потенциалов, при которой
между ними протекает ток, ограниченный величиной не более 1 А, сканируют
игольчатым электродом по всей необходимой площади поверхности структуры,
затем подложку со сформированной слоистой структурой помещают в
растворитель металла подложки, полученную после полного стравливания
подложки слоистую стеклометаллическую структуру в виде мембраны с
наноотверстиями очищают от остатков растворителя, металлов подложки, а
также восстановленного кремния,
5

6. 1.3 Наномембраны. Способ изготовления наномембранных фильтров. (Продолжение)

и используют в качестве наномембранного фильтрующего элемента.
1 - металлическая подложка;
2 - слой окиси кремния;
3 - наноразмерный металлический слой;
4 - ток пробоя;
5 - игольчатый металлический электрод.
Рис. 1 Прошивка наноотверстий в
многослойной стеклометаллической
структуре электрическим током пробоя.
6

7. Заключение

7