Том 10, номер 4, 2020

Произведена химическая модификация полибензодиоксана PIM-1 (полимера с внутренней микропористостью) по реакциям с участием нитрильной группы и с использованием селективной реакции хиназолинового синтеза. На основе высокомолекулярных образцов PIM-1 получен ряд замещенных бензанилидом производных PIM-1. Исследованы газотранспортные свойства мембран на основе замещенных PIM-1 полимеров со степенью замещения до 50%. Показано, что для образца со степенью замещения 50% значения газоразделительных параметров для O₂ и N₂ находятся на верхней границе диаграммы Робсона 2008 г. По приведенным оценкам при степени замещения 100% эти значения должны находиться существенно выше верхней границы диаграммы Робсона 2008 г.

Изучено влияние добавок амфифильного триблок-сополимера полиэтиленоксида и полипропиленоксида Synperonic F108 в формовочные растворы полиэфирсульфона (ПЭС) на структуру и свойства получаемых мембран. Установлено, что введение небольших количеств (0.3–0.5%) добавок Synperonic F108 приводит к повышению удельной производительности мембран по воде с 50 до 120–200 л/м² ⋅ ч при сохранении высокой задерживающей способности и их эффективной гидрофилизации. Краевой угол смачивания по воде уменьшился с 65° до 41°–42°. ИК-спектроскопические исследования показали, что Synperonic F108 локализуется преимущественно на внешней поверхности мембран. Исследования структуры мембран методом СЭМ показали, что введение Synperonic F108 способствует возрастанию общей ширины переходного слоя и уменьшению количества и размера макропустот в поддерживающем слое мембран. Модифицированные мембраны испытаны в процессе фракционирования технологических вод, образующихся при производстве волокнистого полуфабриката для получения бумаги и картона, с целью выделения гемицеллюлозы для дальнейшей переработки. Показано, что модифицированные мембраны, полученные с добавкой 0.5% Synperonic F108, характеризуются в 2–6 раз более высокой производительностью и на 40% большей устойчивостью к загрязнению. Коэффициент задерживания гемицеллюлозы для исходной и модифицированных мембран варьировался в пределах 95–97%, в то время как коэффициент задерживания лигнина, в случае модифицированных мембран, был несколько ниже (14–19%, для немодифицированной – 21%).

Десять лет назад при поддержке УК РОСНАНО во Владимире было организовано предприятие по выпуску мембран и рулонных фильтрующих элементов на их основе для баромембранных процессов разделения жидких сред (ультрафильтрация, нанофильтрация и обратный осмос). В настоящее время продукция предприятия занимает около 40% отечественного рынка, а также экспортируется в более, чем 40 стран мира. Описано влияние всех значимых технологических параметров производственных процессов на характеристики мембран и модулей.

В настоящее время электромембранные процессы представляют собой динамично развивающуюся область с множеством существующих и еще разрабатываемых технологий. В статье представлен обзор современных разработок применения электромембранных процессов в теплоэнергетике для обеспечения ресурсо- и энергосбережения, снижения вредного воздействия на окружающую среду, улучшения энергобезопасности. Электродиализ и электродеионизация широко используются на многих ТЭС мира и количество таких станций непрерывно растет. Основное внимание уделено перспективным ресурсосберегающим направлениям мембранных технологий с промышленной степенью внедрения по разработке при очистке природных вод, получение особо чистой воды комбинированными методами (электродеионизация и обратный осмос), утилизации высокоминерализированных сточных вод промышленных предприятий и предприятий энергетики (диффузионный диализ, блочный электродиализ), энерго-ресурсосберегающий электросинтез – получение кислот и щелочей из растворов солей (биполярный электродиализ). При использовании специальных растворов и мембран, и высоких температур это направление может оказаться достаточно перспективным.

Массоперенос газов через мембраны, согласно теоретической модели, определяется стадиями диффузии и сорбции; при этом коэффициенты этих стадий не являются постоянными характеристиками для данной системы и изменяются в зависимости от давления и температуры. Особенностью организации потоков в процессе мембранного разделения, например, на рулонных и половолоконных модулях, является изменение парциального давления компонентов газовой смеси по мере извлечения пермеата, а, следовательно, и проницаемости. Влияние давления и состава газовой смеси на проницаемость и селективность разделения анализируется на примере двух систем – очистки природного и попутного газов от диоксида углерода и извлечения гелия из природного газа.

Синтезированы фосфонаты состава Zr(PO₃(CH₂)_nPh)₂ с n = 0, 1, 3. Получены гибридные мембраны на основе мембраны МФ-4СК и синтезированных фосфонатов и исследовано влияние допанта, его содержания и метода синтеза на ионпроводящие свойства мембран в сравнении с гибридными мембранами на основе кислого фосфата циркония. Обсуждаются причины влияния допанта на проводящие свойства.

Получены перфторированные сульфокатиообменные мембраны МФ-4СК с однородным и градиентным распределением многостенных углеродных нанотрубок (УНТ) по длине образцов. Исследовано влияние присутствия и концентрации УНТ в мембранах на равновесные и транспортные свойства материалов. Установлены значения перекрестной чувствительности ПД-сенсоров (ПД – потенциал Доннана) к ионам никотиновой кислоты, натрия и гидроксония для мембран различного состава. Введение 0.5–1.0 мас. % УНТ в мембрану позволило снизить пределы обнаружения ионов никотиновой кислоты в водных растворах в 2–3 раза. Массив перекрестно чувствительных ПД-сенсоров на основе мембран МФ-4СК и МФ-4СК + 1.0 мас. % УНТ использован для определения действующего и вспомогательных веществ в фармацевтическом препарате никотиновой кислоты. Относительная погрешность определения составила 1.9%.

Транспортные свойства ионообменных мембран зависят от многих факторов, среди которых в первую очередь можно выделить ионообменную емкость и химический состав. Поэтому корреляция транспортных свойств только с одним конкретным параметров обычно оказывается не вполне строгой. В данной работе проанализирована зависимость от ионообменной емкости транспортных свойств ряда перфторированных сульфокатионитных мембран, отличающихся длиной боковых цепей и долей фрагментов с эфирными группами. Показано, что при уменьшении ионообменной емкости от 1.35 до 0.66 мг-экв/г протонная проводимость мембран, контактирующих с водой, и их диффузионная проницаемость по отношению к 0.1 М раствору HCl понижаются на два порядка. При понижении относительной влажности воздуха наиболее сильно уменьшается проводимость мембран с низкой ионообменной емкостью. Так, при относительной влажности 32% проводимость исследуемых мембран понижается более, чем в 600 раз при понижении ионообменной емкости. Для проницаемости мембран по кислороду в целом характерна подобная зависимость. Однако изменяется она в данном ряду мембран всего в три раза.

Пищевая ценность вин, а также фруктовых и ягодных соков во многом определяется наличием в них антоцианов, которые обладают антиоксидантной активностью. Для извлечения этих веществ из отходов пищевых производств, а также кондиционирования соков и вин все чаще применяют ионообменные смолы и мембраны на их основе. Исследована кинетика сорбции антоцианов ионообменными смолами из модельных растворов с pH 3, 6 и 9. Показано, что доннановское исключение ко-ионов приводит к изменению структуры антоцианов во внутреннем растворе ионообменных материалов по сравнению с внешним раствором. В результате электростатические взаимодействия антоцианов с ионообменными материалами ослабляются или усиливаются по сравнению с ожидаемыми, исходя из pH внешнего раствора. Крупные молекулы антоцианов легче проникают в гетерогенные ионообменные мембраны по сравнению со смолами, из которых они изготовлены. Причиной является наличие в мембранах протяженных макропор, локализующихся на границах контактов армирующей ткани и композита ионообменного материала с инертным связующим.