Исследован безреагентный электромембранный процесс удаления карбонатов, гидрокарбонатов и угольной кислоты из умягченной природной воды карбонатного класса с использованием электро-диализатора-синтезатора ЭДС-01 с двухкамерной элементарной ячейкой, образованной биполярной и катионообменной мембранами. В качестве биполярных использовались мембраны МБ-2М, модифицированные ионполимером, содержащим каталитически активные в реакции диссоциации воды фосфорнокислотные группы, в качестве катионообменных мембран – гетерогенные катионо-обменные мембраны Ralex CMH производства Mega a.s. (Чешская Республика). Процесс декарбо- низации проводился в две стадии. На первой стадии осуществлялась безреагентная коррекция рН обрабатываемого раствора в электродиализаторе-синтезаторе. При этом значение показателя кис- лотности в кислотных камерах доводилось до значения рН 2.5–4. На второй стадии проводилась де- аэрация этого раствора воздухом, очищенным от примесей углекислого газа. Для количественного описания процесса безреагентной коррекции рН в электродиализаторе с биполярными и катионо-обменными мембранами была адаптирована ранее разработанная математическая модель. Показано, что электродиффузионный перенос анионов через катионообменную и биполярную мембраны практически отсутствует, а изменение концентраций ионов карбонатов, гидрокарбонатов и угольной кислоты обусловлено протеканием квазиравновесных химических реакций. Деаэрация воздухом подкис- ленной умягченной воды позволяет снизить содержание общего углерода с 5 до 1 ммоль/л. Декарбонизация умягченной воды сопровождается снижением в ней концентрации катионов натрия и общей минерализации. При производительности электродиализатора-синтезатора ЭДС-01 100 л/ч удельные энергозатраты находятся в диапазоне от 0.16 до 6.12 кВт ч/м³ в зависимости от плотности тока.

В работе выполнено исследование газотранспортных характеристик композиционных мембран с селективным слоем на основе высокопроницаемого стеклообразного полимера поли[1-триметил- силил-1-пропин]а (ПТМСП), нанесенного на ультра- и микрофильтрационные мембраны УФФК и МФФК-1 (ЗАО НТЦ “Владипор”). Предложена модифицированная модель сопротивления, основанная на предположении о взаимном влиянии подложки и селективного слоя на газотранспортные характеристики композиционной мембраны с учетом проникновения ПТМСП в поры подложки. Получено линейное уравнение газопереноса через композиционную мембрану для ряда газов (N₂, O₂, CO₂). Показано, что при нанесении ПТМСП на подложки их проницаемости уменьшаются. Установлено, что проницаемость ПТМСП нанесенного на подложку практически не изменяется. Полученное в работе уравнение может быть использовано для анализа газопереноса через композиционные мембраны с другими типами подложек.

В работе предложен “зеленый” метод получения новых композиционных мембран из раствора целлюлозы в ортофосфорной кислоте на различных ультрафильтрационных подложках. Данный метод может быть использован для промышленного применения, и отличается от традиционного вискозного способа получения целлофана и других известных способов получения целлюлозных газоразделительных мембран отсутствием газообразных выбросов и сточных вод. Исследована структура полученных образцов методами электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, термоанализа (ДСК). Изучение механических свойств образцов показало, что новые мембраны обладают лучшими механическими характеристиками относительно гомогенных пленок из чистой целлюлозы, полученных в работе, а также коммерческих пленок из целлофана. Изучены газотранспортные свойства новых мембран для O₂, N₂, CO₂, CH₄, He. Установлено, что предложенный метод получения мембран позволяет добиться равномерного нанесения плотных газоразделительных слоев из целлюлозы, при этом мембраны демонстрируют уровень проницаемости газов на 3 порядка превышающий уровень газопроницаемости пленок целлофана. Отмечено, что наибольшей идеальной селективности удалось достичь для мембран с газоразделительным слоем из целлюлозы на подложках из вискозной ткани.

Рассмотрена возможность модификации и влияние допирования на свойства ионообменных мембран с высоким объемом пор и каналов. Методом in situ были получены гибридные мембраны на основе сульфированного полистирола, привитого к полиметилпентену, и кислого фосфовольфрамата цезия. Показано, что модификация таких мембран ведет к увеличению проводимости до 34.8 мСм/см при 25°С при контакте с водой. Числа переноса по хлорид-анионам для исходной и модифицированной мембран составляют около 4%.

Знание механизма образования осадков малорастворимых солей в мембранных установках обратного осмоса является чрезвычайно важным для выбора мероприятий по предотвращению образования этих отложений и сокращения расходов концентратов. Проведенные исследования позволили по-новому взглянуть на механизм образования кристаллических отложений и роли ингибиторов в предотвращении этого процесса. В основе разработки экспериментальной методики лежат представления о том, что первая фаза кристаллизации – зародышеобразование – является гомогенной, т.е. происходит в “застойных зонах” в объеме концентрата при высоких значениях пересыщения по карбонату кальция. После образования кристаллы выносятся из “застойных зон” и осаждаются на поверхности мембраны, как и другие взвешенные частицы, содержащиеся в обрабатываемой воде. В работе представлены также результаты изучения процесса адсорбции полимерных молекул ингибиторов на поверхностях кристаллов в процессе зародышеобразования и во время кристаллического роста на мембране. Представлены экспериментально полученные зависимости скоростей адсорбции ингибиторов от дозы ингибиторов, значений скоростей образования карбоната кальция, значений скорости зародышеобразования и общей поверхности образующихся “зародышевых” кристаллов. Представлена методика экспериментов, позволяющая определить концентрации растворенных солей в “застойных зонах” и рассчитать значения пересыщения, соответствующие началу процесса кристаллизации из воды без добавления ингибиторов и с добавлением различных доз ингибиторов.

Исследован процесс мембранной дистилляции для концентрирования высокоминерализованных вод с применением дистилляционных аппаратов с воздушным зазором, оснащенных мембранами российского производства. Показано, что предлагаемый подход обеспечивает четырехкратное увеличение концентрации растворов с одновременным получением пресной воды, пригодной, как минимум, для технических нужд. Полученные результаты могут представлять интерес для концентрирования вод различного происхождения.

Исследованы структура и свойства ультрафильтрационных мембран из пяти коммерческих сополимеров на основе акрилонитрила различного состава и молекулярной массы, полученных из бикомпонентных растворов в N,N-диметилформамиде. Определены молекулярно-массовые характеристики сополимеров (M_w, M_w/M_n), исследованы вязкостные свойства разбавленных и концентрированных растворов. Показано, что в зависимости от химического состава и молекулярной массы сополимера концентрационная зависимость удельной производительности по воде различна: для сополимеров с молекулярной массой M_w 76000–81000 г моль^–1 при увеличении концентрации сополимера в растворе с 12 до 16% удельная производительность мембран по воде уменьшается с 300– 500 л/(м² ч) до 40–150 л/(м² ч) в зависимости от состава сополимера. Для более высокомолекулярных образцов (M_w = 99000 г моль^–1 и M_w = 107000 г моль^–1) удельная производительность мембран по воде практически не зависит от концентрации сополимера в формовочном растворе и составляет 150 и 75 л/(м² ч) соответственно. Коэффициент задерживания мембран по поливинилпирролидону с молекулярной массой 40000 г моль^–1 увеличивается с повышением концентрации сополимера в формовочном растворе независимо от химического состава и молекулярной массы сополимера. Изучение структуры мембран методом СЭМ показало, что мембраны, полученные из сополимеров с более высокой молекулярной массой, обладают более плотной структурой и толстым селективным слоем по сравнению с мембранами, полученными из более низкомолекулярных сополимеров на основе акрилонитрила, для которых характерно наличие крупных макрополостей в матрице мембраны. Данные различия в структуре мембран обусловлены различной вязкостью формовочных растворов при равной концентрации сополимера.