Том 11, номер 4, 2021

Синтезированы и исследованы новые пленкообразующие сополимеры PIM-1 с фрагментами 2,3,6,7-тетрагидрокси-9,10-(p-фторфенил) антрацена в основной цепи. Исследованные газоразделительные характеристики этих сополимеров показали, что, несмотря на снижение проницаемости, сополимер, содержащий 20% тетрагидроксиантраценовых фрагментов, является высокоселективным полимером, выходящим за пределы верхних границ на диаграммах Робсона по сравнению с исходным PIM-1.

В данной работе были синтезированы гибридные мембраны на основе полибензимидазола ПБИ-О-ФТ с внедренными частицами оксида кремния, функционализированного фосфоновыми группами. Мембраны получали методом in situ путем отливки раствора полимера с прекурсором для синтеза частиц. В качестве прекурсора использовалась смесь тетраэтоксисилана и (2-диэтилфосфатоэтил)триэтоксисилана. Массовое содержание допанта составляло 5 и 10 мас. %, а мольную долю функциональных групп на поверхности оксида варьировали в интервале 0–100 мол. % путем изменения состава смеси прекурсоров. Полученные мембраны были охарактеризованы с помощью просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, ИК-спектроскопии и импедансной спектроскопии. Прививка функциональных –РО₃Н₂ групп на поверхность оксида кремния приводит к существенному росту поглощения гибридными мембранами фосфорной кислоты, содержание которой определяет функциональные свойства этих материалов. Увеличение количества –РО₃Н₂ групп приводит как к росту степени допирования кислотой, так и ионной проводимости. Проводимость лучших из полученных образцов достигает 0.081 См/см при 160°C. Введение кислотных групп на поверхность допантов является перспективным подходом с точки зрения снижения количества фосфор- ной кислоты, требуемой для поддержания высокой скорости протонного транспорта.

Увеличение срока эксплуатации и снижение себестоимости неорганических водородопроницаемых селективных мембран является важной задачей мембранных технологий. Для этого необходимо создание мембран, в которых будет минимизировано использование палладия, но при этом, обеспечены высокие водородопроницаемость и стабильность, требуемый уровень эксплуатационных характеристик, технологичность. В статье, на примере симметричных мембран из тантала, рассмотрена возможность замены палладиевых каталитических слоев на слои из никеля и кобальта. Приведены результаты исследования влияния состава и толщины каталитических слоев на водородопроницаемость мембран и период их работы до разрушения в условиях испытаний при 580°С и перепаде давления водорода 500–100 кПа. Показано, что одна из причин преждевременного разрушения мембран Pd/Ta/Pd является окисление, развивающееся на границе раздела каталитический слой/тантал с входной стороны. Обоснованы причины его возникновения в условиях работы мембран в атмосфере, содержащей агрессивные газы. Приведены результаты экспериментов, указывающие, что каталитические слои из никеля на поверхности мембран при определенной толщине обеспечивают их высокие водородопроницаемость, стабильность потока водорода и длительность работы. Это делает никель перспективным материалом для замены палладия в мембранах для определенных областей применения. Каталитические слои на основе кобальта не способны обеспечить высокую проницаемость мембран по водороду, вследствие низкой каталитической активности при диссоциативно-ассоциативных процессах водорода, протекающих на поверхности мембран.

Предложен метод определения парциальных токов анионов ортофосфорной кислоты в анионообменной мембране при электродиализном обессоливании разбавленного (0.02 М) раствора NaH₂PO₄. С помощью этого метода исследован массоперенос в системах, содержащих гомогенную анионообменную мембрану AMX (Astom, Япония) и гетерогенную анионообменную мембрану МА-41П (ОАО Щекиноазот, Россия). Показано, что, попадая в эти мембраны, однозарядные анионы ортофосфорной кислоты превращаются в двухзарядные. Это превращение ведет к увеличению регистрируемого тока, но не сопровождается увеличением переноса целевого компонента – пятивалентного фосфора. Уменьшение доли проводящей поверхности гетерогенных мембран по сравнению с гомогенными усиливает этот процесс вследствие роста локальной плотности тока на проводящих участках. Сравнение, сделанное при корректно определенных предельных токах, позволяет заключить, что в случае использования гомогенной мембраны сверхпредельный перенос по пятивалентному фосфору лишь немногим уступает достигаемому по ионам хлора при обессоливании раствора NaCl.

Разработан способ получения гетерогенной биполярной мембраны аМБ-2м, модифицированной катализатором КФ-1 с фосфорнокислотными группами. Предложена математическая модель для описания вольтамперных характеристик модифицированных гетерогенных мембран. Методом импедансной спектроскопии исследованы электрохимические характеристики полученной мембраны аМБ-2м и промышленной гетерогенной биполярной мембраны МБ-3. Исследован электродиализный процесс рекуперации серной кислоты и гидроксида натрия из раствора сульфата натрия в электродиализных аппаратах с модифицированной биполярной мембраной аМБ-2м и МБ-3. Использование мембраны аМБ-2м в электродиализном аппарате позволяет получать растворы с более высокими концентрациями серной кислоты и гидроксида натрия и более низкими концентрациями ионов соли в кислоте и щелочи по сравнению с использованием промышленной гетерогенной биполярной мембраны МБ-3.

25 марта 2021 г. ушел из жизни член-корреспондент РАН заведующий кафедрой наноматериалов и нанотехнологии Российского химико- технологического университета им. Д.И. Менделеева, член редколлегии журнала “Мембраны и мембранные технологии” ЕВГЕНИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ ЮРТОВ.

24 марта 2021 г. на 83 году жизни после тяжелой болезни ушел из жизни выдающийся ученый, главный научный сотрудник ИНХС РАН и заместитель главного редактора журнала “Мембраны и мембранные технологии” доктор химических наук профессор Юрий Павлович Ямпольский.