Том 1, номер 3, 2011

Рассмотрены возможности разделения различных газообразных углеводородов с помощью полимерных мембран, причем наибольшее внимание уделено разделению газообразных алканов С₁-С₄, компонентов при родных и попутных нефтяных газов. Отмечено, что практически важным свойством мембранных материалов является термодинамическая селективность мембраны, позволяющая обогащать в пермеате более тяжелые алканы. До сих пор наилучшие транспортные параметры для решения данной задачи отмечались для полиацетиленов. Во второй, экспериментальной части статьи изучено разделение бинарных смесей СН₄ + С₄Н₁₀ на пленках на основе аддитивного поли [3-(триметилсилил)трициклононена-7]. Показано, что этот высокопроницаемый, насыщенный стеклообразный полимер обнаруживает термодинамическую селективность как в опытах с индивидуальными газами (СН₄ и С₄Н₁₀), так и их смесями и позволяет достичь пятикратного обогащения бутана в пермеате. Изученный полимер и другие аддитивные Si-содержащие норборненовые полимеры представляют интерес как мембранные материалы для разделения углеводородных газов.

Рассмотрена глубокая очистка газов от легкопроникающих примесей c помощью мембранного модуля с питающим резервуаром. Изучено два режима проведения процесса: с постоянным значением степени разделения мембранного модуля и с постоянной концентрацией примеси в потоке отбора в приемный резервуар. Проведен расчет степени очистки и времени проведения процесса. Показано, что второй режим несколько более экономичен из-за отсутствия смешивания потоков с различной концентрацией и отсутствия потерь работы разделения.

В работе представлен мембранно-абсорбционный метод разделения биогаза, сочетающий достоинства абсорбционного и мембранного методов разделения. В основе предлагаемой разделительной системы используются газо-жидкостные мембранные контакторы (МК), ключевым элементом которых является непористая высокопроницаемая мембрана. Проведено математическое моделирование разделительной системы, найдены оптимальные значения операционных параметров, разработана и создана демонстрационная мембранно-абсорбционная разделительная установка.

На основе анализа структуры и энергий химических связей гидратированной ионной пары в сульфокатионообменной мембране, выполненного методами квантовой химии и молекулярной динамики, показана определяющая роль водородной связи при электромембранном транспорте в данных системах. Методом молекулярной динамики исследованы характеристики водородных мостиков, связывающих гидратные молекулы воды в сульфокатионообменной мембране.

Одной из причин старения мембран в процессе их эксплуатации при электродиализе (ЭД) растворов являются необратимые химические изменения ионообменного или армирующего полимера вследствие взаимодействия H⁺ и OH^- ионов (входящих в состав перерабатываемых растворов или генерированных в мембранной системе при использовании интенсивных токовых режимов) с матрицей или фиксированными группами в поверхностном слое мембран. Следствием этих изменений являются, как правило, снижение выхода по току и увеличение энергозатрат на процесс электродиализа. В данной работе показано, что деструкция ионообменного полимера на поверхности мембраны CMX в процессе ее эксплуатации в интенсивных токовых режимах приводит к гидрофобизации поверхности мембраны, а это, в свою очередь, является причиной более интенсивного протекания электроконвекции. В результате в ходе эксплуатации мембраны происходит рост предельного тока и коэффициента массопереноса ионов соли. Этот рост при обессоливании разбавленных растворов может достигать 50–70% по сравнению со свежей мембраной.

Реакцией нуклеофильного замещения атомов хлора в поливинилхлориде проведена их замена на сульфокислотные и бензимидазольные группы. Показано что процесс взаимодействия полимера с натриевой солью 2-меркаптобензимидазола, серной и хлорсульфоновой кислотами сопровождается дегидрохлорированием. На основе полученных соединений изготовлены мембраны, обладающие протонной проводимостью от 5.6 ? 10^-4 См/см до 5.9 ? 10^-3 См/см.

Изучены особенности концентрирования основных аминокислот методом электродиализа с биполярными мембранами. Получены зависимости эффективности процесса, описываемой фактором концентрирования, от плотности тока, концентрации исходного раствора, а также природы и характеристик используемых в системе мембран: катионообменных и биполярных. Показано, что электроосмотический перенос воды с ионами аминокислот через катионообменные мембраны ограничивает эффективность концентрирования. Установлено влияние размера и гидратации боковых групп аминокислот на величину электроосмотического потока.

Исследованы структура и электрохимические свойства полиэтилентерефталатной трековой мембраны, на одну из сторон которой методом термического испарения в вакууме наносили тонкие слои алюминия. Установлено, что нанесение слоя алюминия на поверхность приводит к созданию композитных металлополимерных мембран, обладающих в растворах электролитов асимметрией проводимости – выпрямляющим эффектом, сходным с p-n переходом в полупроводниках. Это обусловлено изменением геометрии пор композитных мембран, а также существованием в порах межфазной границы раздела между исходной мембраной и слоем алюминия, имеющих на поверхности в водных растворах противоположно заряженные функциональные группы. Методом импедансной спектроскопии получена информация о переносе ионов в исследуемых мембранах.