Том 10, номер 3, 2020

Исследовано влияние природы осадителя на нанофильтрационные характеристики целлюлозных мембран, полученных из растворов в ацетате 1-этил-3-метилимидазолия ([Emim]Ac) или смеси данной ионной жидкости с диметилсульфоксидом (ДМСО). Осаждение в воде привело к формированию наиболее плотной целлюлозной мембраны, характеризующейся низкой проницаемостью диметилформамида (P_ДМФ = 0.25 кг/м² ч атм.) и высокими коэффициентами задерживания модельных веществ Orange II (350 г/моль) и Remazol Brilliant Blue R (626 г/моль) – 65 и 82% соответ- ственно. Для снижения скорости осаждения целлюлозы с целью уменьшения плотности мембран в воду вводили различные соединения, частично имитирующие среду растворителя, до получения их 30%-ных растворов: уксусную кислоту для повышения содержания ацетат-анионов, N-метилморфолин N-оксид (ММО) для увеличения концентрации аммонийных фрагментов, и ДМСО. Во всех случаях модификация осадителя привела к увеличению проницаемости мембран в 2–2.5 раза с сохранением высоких значений коэффициентов задерживания. Наилучшие нанофильтрационные характеристики продемонстрировала целлюлозная мембрана, полученная путем осаждения в 30%-ном водном растворе уксусной кислоты: P_ДМФ = 0.67 кг/м² ч атм., R_OrangeII = 66% и R_Remazol = 78%.

Рассмотрены вопросы определения оптимальных параметров работы для первой ступени – системы ультрафильтрации – в двухстадийном процессе мембранной очистки, которая также включает в себя обратноосмотическую обработку. Задачей подобных двухступенчатых систем является обработка сточных вод, прошедших биологическую очистку, с целью получения очищенной воды, пригодной для повторного использования в промышленных целях. Представлены результаты лабораторных исследований по выяснению влияния величины рабочего давления на величину эксплуатационных затрат. Приведены результаты поиска оптимальных величин рабочего давления при проведении процесса ультрафильтрации при доочистке сточных вод с содержанием взвешенных веществ (активный ил) от 20 до 50 мг/л. Отмечается, что ухудшение работы ультрафильтрационных мембран с течением времени происходит в результате “закупорки” части пор в процессе фильтроцикл. Изучены закономерности и определены параметры проведения процесса обратной промывки мембран с целью удаления частиц, блокирующих поры. Выполнен прогноз снижения производительности ультрафильтрационной мембраны с течением времени вследствие “закупорки” пор и рекомендовано проведение дополнительных продолжительных промывок при высоких значениях рабочего давления после снижения производительности мембран на 25 процентов. Определены дополнительные затраты на проведение обратных промывок и увеличение площади поверхности мембран вследствие их “закупорки”.

Предложена математическая модель для разделения жидкостей, содержащих акриловые дисперсии и возвращения в производственный цикл дорогостоящие технологические компоненты, растворенные в них. Основным лимитирующим фактором является образование слоя осадка на поверхности мембраны. Данный процесс, можно представить как нестационарный, т.к. толщина слоя осадка изменяется как от времени ведения процесса разделения, так и от длины мембранного модуля. Определено влияние слоя осадка на гидродинамику и эффективность массообмена, его производительность и качество очистки. Расчет слоя осадка и его влияние на процесс разделения проводилось методом микропроцессов на основе материального и энергетического балансов с учетом изменяющихся от температуры и состава смеси коэффициентов вязкости и диффузии. Получены зависимости толщины осадка от времени и длины мембранного модуля и значения коэффициентов селективности от концентрации коллоидного раствора для определения эффективных параметров баромембранной установки.

В данной работе рассмотрены новые возможности мембранной технологии газоразделения для целевого регулирования состава синтез-газа. Для этой цели предлагается использовать высокопроницаемые модифицированные дизамещенные полиацетилены с улучшенным сочетанием селективности разделения водорода, оксида углерода, диоксида углерода и высоким уровнем переноса водорода как основного компонента синтез-газа. В работе приведено описание модификации полимеров и ключевые свойства мембранных материалов. Проведено моделирование процесса мембранного разделения синтез-газа как с применением коммерчески доступных мембран, так и с использованием новых лабораторных мембран. Показана возможность создания комбинированной мембранной системы, обеспечивающей получение синтез-газа с широким диапазоном соотношений Н₂ : CO (от 0.5 до 4) и малым остаточным содержанием СО₂ (5 об. %) из биосингаза состава Н₂ (40 об. %)/СО (25 об. %)/СО₂ (35 об. %).

Предложен модифицированный метод измерения потоков и эффективных чисел переноса ионов через анионообменную мембрану с использованием ее гидродинамической изоляции от мешающего влияния процессов, протекающих в мембранах, расположенных по обе стороны от системы “исследуемая мембрана и прилегающие к ней растворы”. В отличие от известного метода гидродинамической изоляции исследуемой мембраны предлагаемый метод позволяет экспериментально определить потоки и числа переноса через анионообменную мембрану всех ионов, в том числе в несимметричной системе, в которой по обе стороны исследуемой мембраны находятся растворы, имеющие разный состав. Возможности предлагаемого метода показаны на примере системы “раствор серной кислоты|анионообменная мембрана|раствор, содержащий диэтиламин и сульфат диэтиламмония”.

Проведен краткий обзор литературных источников по обработке полимерных мембран переменным и униполярным коронным разрядом. Обработка коронным разрядом в атмосфере воздуха приводит к образованию озона, который способствует возникновению кислородсодержащих группировок (С–О–С, С–ОН, С(О)ОН, С–О, С=О) на поверхности мембран из карбоцепных полиолефинов, полисульфона, полиэфирсульфона, полиэфиркетона, поливинилхлорида и других полимеров, что подтверждается методом ИК-спектроскопии. Данное обстоятельство способствует повышению гидрофильных характеристик, смачиваемости водой и полярности мембран, а также повышению шероховатости последних за счет выжигания, что показано методами атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии, а также методом сидячей капли. Гидрофилизация полимерных мембран за счет коронообработки способствует увеличению производительности при ультрафильтрации сред, содержащих микроорганизмы, альбумин, водомасляные и водонефтяные эмульсии и т.д.