Том 10, номер 5, 2020

Проведено исследование закономерностей получения полимерных мембран на основе системы “Полиэфирсульфон (ПЭС)–нерастворитель–растворитель” в зависимости от жесткости нерастворителя и степени насыщения формовочного раствора (массовое отношение количества нерастворителя в формовочном растворе к количеству нерастворителя в точке помутнения). Жесткость нерастворителя характеризовали числом осаждения (ЧО) – количеством нерастворителя, приводящим к фазовому разделению 100 мл 1% раствора ПЭС. В качестве добавки нерастворителя в формовочный раствор использовали глицерин (ЧО = 27.8 г/дл) и полиэтиленгликоль 400 (ЧО > 1000 г/дл), а также их смеси. Показано, что мембраны с губчатой структурой образуются при использовании формовочных растворов, расположенных вблизи линии бинодали. При этом производительность мембран зависит от жесткости нерастворителя: чем выше ЧО нерастворителя, тем выше производительность мембран. Самая высокая производительность была характерна для мембран, полученных из формовочных растворов со степенью насыщения α* = 0.52–0.81, в зависимости от ЧО нерастворителя. При этом в структуре поддерживающего слоя мембран присутствовали макропустоты, размер и форма которых также зависел от ЧО нерастворителя: чем выше ЧО, тем больше размер макропустот в поддерживающем слое мембран. Полученные результаты позволили предложить новый подход к получению ПЭС мембран с заданной структурой и свойствами.

Показано, что сточные воды полигонов хранения твердых бытовых отходов (ТБО) содержат в высоких концентрациях ионы аммония, значения которых доходит до 2500 мг/л. Для того, чтобы очистить такие воды методом обратного осмоса до значений современных нормативных требований для сброса в окружающую среду, требуется очистка в две или три ступени. При этом, вследствие высокого солесодержания и значений ХПК, производительность мембран имеет очень низкое значение. С целью снижения затрат на мембранные аппараты исследована возможность применения нанофильтрационных мембран на первой ступени очистки. Проведены эксперименты, позволяющие определить изменение концентраций растворенных загрязнений в фильтрате мембранных аппаратов и снижение производительности мембран в процессе обработки фильтратов ТБО и сокращения расхода концентрата. Получены основные зависимости, позволяющие определить: минимально возможный расход концентрата, требуемые коэффициента снижения расхода исходной воды в зависимости от концентрации аммония в исходной воде. Описана методика определения площади поверхности мембран и количества мембранных аппаратов на каждой ступени обработки сточных вод полигонов ТБО.

В работе проведено исследование структуры пленок поли(1-триметилсилил-1-пропина) (ПТМСП) разного конфигурационного состава (содержание цис-звеньев от 40 до 80%). Сочетание методов рентгеноструктурного анализа (РСА) и атомно-силовой микроскопии (АСМ) позволило выявить особенности надмолекулярной организации и морфологии пленок ПТМСП. Дифрактограммы пленок ПТМСП свидетельствуют о росте упорядоченности надмолекулярной организации при возрастании содержания цис-звеньев, при этом величина характерного межцепного расстояния в пленках ПТМСП не зависит от доли цис-звеньев. Согласно данным АСМ поверхность пленок ПТМСП характеризуется присутствием кластероподобных образований, размер которых уменьшается с ростом содержания цис-звеньев (от 18.3 нм для ПТМСП с содержанием цис-звеньев 40% до 6.8 нм для ПТМСП с содержанием цис-звеньев 80%). Снижение коэффициентов проницаемости по O₂ и N₂ с ростом содержания цис-звеньев в ПТМСП коррелирует с ростом упорядоченности надмолекулярной организации и уменьшением размера кластеров. Проведенное исследование показало, что структурные особенности пленок ПТМСП могут быть обусловлены влиянием как конфигурационного состава макроцепей, так и влиянием релаксационных процессов, сопровождающих формирование пленки, полученной испарением на подложке.

Исследовано влияния длины сшивающего агента на транспортные свойства мембран на основе полидецилметилсилоксана (ПДецМС). Получены сплошные мембраны ПДецМС, армированные сеткой из нержавеющей стали и сшитые либо 1,7-октадиеном, либо винил терминированным полидиметилсилоксаном (Mn = 500 г/моль). Изучены проницаемость легких углеводородов (метан, пропан, н-бутан) и разделительные характеристики мембран с использованием восьми компонентной модельной смеси, имитирующей состав попутного газа нефтяного месторождения. Впервые установлено, что длина сшивающего агента оказывает существенное влияние на селективность мембран на основе ПДецМС. Короткая сшивка 1,7-октадиеном позволяет достичь больших величин селективности газопроницаемости как в случае проницаемости индивидуальных газов, так и при разделении газовой смеси.

Представлен сравнительный анализ проведенных исследований по влиянию текстильной структуры армирующей ткани на физико-механические и сорбционные характеристики анионообменных систем, как составного элемента мозаичных материалов “Поликон”. В данной работе показана перспективность использования полиэфирных волокон в качестве армирующей волокнистой основы для получения мембранных материалов “Поликон А”. Исследованы морфология, влагоемкость, статическая обменная емкость, и физикомеханические характеристики анионообменных мембранных систем. Предложена модификация анионообменных матриц “Поликона А” на лавсановой ткани оксидированными ультрадисперсными частицами кремния, железа и никеля.

Ультрафильтрационные и нанофильтрационные мембраны, традиционно используемые в баромембранных процессах, стали все чаще применяться в электромембранных и бароэлектромембранных процессах. В последнем случае одновременно используются две движущие силы, электрическое поле и градиент давления. В работе приводятся данные по удельной электропроводности, диффузионной проницаемости и числам переноса ионов, а также вольтамперные характеристики и хронопотенциограммы слабоионизированных нанофильтрационных мембран АМН-П, ОПМН-П и ряда трековых мембран в растворах NaCl и СаСl₂. Обсуждается связь полученных характеристик со структурой и обменной емкостью мембран. Показано, что как НФ, так и трековые мембраны могут проявлять достаточно высокую селективность в отношении электрического переноса ионов определенного знака заряда. Особенно высока такая селективность в отношении переноса ионов Ca²⁺. В случае мембраны АМН-П число переноса Ca²⁺ достигает 0.98, тогда как для ионов Na⁺ оно заметно меньше. Этот результат хорошо коррелирует с известным фактом о более высоком коэффициенте задержки двухзарядных ионов по сравнению с однозарядными в баромембранных процессах. Трековая мембрана #115 также отличается высокой селективностью по отношению к катионам, число переноса ионов натрия в ней близко к 0.96.