Том 11, номер 6, 2021

Методом прямого газожидкофазного фторирования проведена поверхностная модификация пленок метатезисного полинорборнена (ПНБ). Обработку осуществляли в проточном реакторе в среде перфтордекалина фторирующей смесью (4.9 об. % F₂ + N₂) в течение 30, 60, 120 и 240 мин. Исходные и модифицированные пленки исследовали методами рентгеновской дифракции, ИК спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и энергодисперсионного анализа (ЭДА). Показано, что поверхностное фторирование ПНБ не изменяет положение широких пиков на дифрактограммах и образцы сохраняют аморфный фазовый состав. Методом СЭМ и ЭДА подтверждена ламинатная структура пленок и зафиксировано монотонное возрастание толщины фторированных слоев до 6–7 мкм как по контрасту вторичных электронов, так и по концентрационному профилю атома фтора. Однако, для пленки, фторированной в течение 240 мин, наблюдалось незначительное снижение толщины фторированного слоя, что можно объяснить частичным его растворением в перфторированной жидкости. Методом ИК спектроскопии обнаружено, что с увеличением времени фторирования в поверхностном слое возрастает концентрация фтор- и кислородсодержащих групп и фторирование преимущественно происходит по атомам водорода при цис-C=C связи норборненовой цепи. Исследование газотранспортных и газоразделительных свойств поверхностно фторированных пленок ПНБ показало, что наибольший эффект модификации проявляется для пленок ПНБ, фторированных в течение 30 мин, тогда как дальнейшее увеличение времени обработки (до 240 мин) не приводит к улучшению эффективных коэффициентов проницаемости и селективностей разделения. Аналогичные закономерности наблюдали при изучении разделения модельных смесей газов (He + CH₄ и CO₂ + CH₄) для поверхностно модифицированных пленок ПНБ. При этом факторы разделения увеличились с 13 до 47 для He–CH₄ и c 12 до 23 для смеси CO₂–CH₄.

Данная работа направлена на исследование нового метода пленочной дистилляции с мембранным конденсером (ПДМК) для получения пресной воды из концентрата обратного осмоса. Исследовано поведение ряда конструкционных материалов при их экспонировании в течение 4.5 мес. на открытом воздухе и в морской воде. В программе Simulink/MATLAB построена модель установки ПДМК с возможностью использования солнечной радиации в качестве возобновляемого источника энергии. Смоделирована работа установки в течение одного месяца и было показано, что наибольшее влияние на объем воды, получаемой за месяц работы, оказывает площадь солнечных коллекторов. Площадь испарителя слабо влияет на общую производительность процесса, но позволяет снизить начальные затраты при сохранении прежнего срока окупаемости. Моделирование показало, что степень извлечения дистиллированной воды падает на 2–3% (с ~71–72 до ~69%) при уменьшении концентрации выходного потока с 26 до 24 мас. % NaCl. Режим с меньшей концентрацией выходного раствора был признан оптимальным из-за отсутствия риска закупоривания трубопровода и необходимости частых промывок испаряющей поверхности. Использование данных по солнечной радиации за наиболее и наименее солнечные месяца (апрель и ноябрь, соответственно) показывает нелинейное падение производительности (на 46–47%) по воде, что объясняется с нелинейностью зависимости давления пара воды от температуры, а также с нелинейностью коэффициента полезного действия солнечного коллектора от интенсивности радиации и температуры окружающей среды. Варьирование температуры холодного контура показывает, что использование более низкой температуры повышает производительность по воде на 5–15%, при этом степень извлечения воды остается постоянной.

В данном обзоре представлены перовскиты на основе SrCo_0.8Fe_0.2O_{3 – δ} (SCF) и Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8F_e0.2O_{3 – δ} (BSCF) оксидов, которые рассматриваются как перспективные материалы для каталитических мембранных реакторов и твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Обсуждаются данные по кислородной проницаемости дисковых и микротрубчатых мембран на основе SCF и BSCF оксидов; особое внимание уделено способам увеличения кислородной проницаемости мембранных материалов и повышения их фазовой/структурной стабильности. В обзоре представлены электрохимические характеристики перспективных катодных материалов на основе SCF и BSCF перовскитов, приводится краткое изложение последних разработок.

В статье рассматривается проблема адаптации теории турбулентной миграции микрочастиц из ядра потока на поверхность трубчатой мембраны при разделении дисперсных систем ультрафильтрацией. Определены размеры микрочастиц наиболее подверженных миграции. Предложены математические модели для определения коэффициента и интенсивности турбулентного осаждения. Приведены экспериментальные исследования, подтверждающие наличие частиц, размеры которых наиболее подвержены осаждению на стенки из ядра потока на примере ультрафильтрации отработанных моторных масел.

Разработан метод модификации полиэтилентерефталатной (ПЭТФ) трековой мембраны (ТМ) нанокаркасом хитозана для создания новой композитной мембраны с индивидуальными свойствами. Для обеспечения повышенной адгезии и получения однородного слоя нанокаркаса хитозана в качестве осадительного электрода коллектора была использована специально разработанная ТМ с электропроводящим слоем титана. Рассмотрено влияние растворителя в формовочном растворе на нанокаркас хитозана. Для стабилизации нанокаркаса хитозана использовался термический и химический метод сшивки. Проведен морфологический анализ поверхности композитной мембраны методом растровой электронной микроскопии. Изучена водопроницаемость и газопроницаемость композитной мембраны. Исследованы электрокинетические характеристики композитной мембраны в зависимости от pH раствора 0.01 M KCl. Изучены прочностные характеристики композитной мембраны. Показано, что полученный композит на основе ТМ с титаном и нанокаркасом хитозана может быть платформой для создания мембранно-сорбционных материалов.

Методом окислительной полимеризации выполнена модификация мембран МФ-4СК полианилином (PANI). Изучено влияние способа получения композиционных мембран и содержания в них PANI на величину ионообменной емкости, влагосодержание и транспортные свойства. Исследованы характеристики ПД-сенсоров (ПД – потенциал Доннана) на основе полученных мембран в водных растворах, содержащих ионы сахарина и натрия, при рН < 7. Установлено, что появление дополнительных сорбционных центров в виде аминогрупп и фрагментов с π-π-сопряжением при введении PANI в мембрану способствует росту чувствительности ПД-сенсоров к ионам сахарина, что наиболее выражено при повышении диффузионной проницаемости образцов. Использование композиционных мембран МФ-4СК/PANI позволяет снизить корреляцию между откликами перекрестно чувствительных ПД-сенсоров и обеспечивает высокую точность совместного определения ионов сахарина и натрия в водных растворах.

Методом погружения в 3% раствор ацетата целлюлозы (АЦ) в ацетоне подложки из микропористого нейлона получены композиционные мембраны нейлон-АЦ. Содержание АЦ в мембране составило от 12 до 53% в зависимости от количества нанесенных поверхностных слоев. По результатам исследования свойств композиционных мембран, установлено снижение водопоглощения и общей пористости мембран с увеличением количества слоев АЦ, что обусловлено уплотнением структуры мембраны. Также выявлено увеличение краевого угла смачивания мембраны на 6.4°, что означает снижение гидрофильных свойств мембраны. В результате нанесения поверхностного слоя АЦ, пористая и шероховатая поверхность основы мембраны из нейлона становится гладкой, а пористость снижается. Композиционная нанофильтрационная мембрана нейлон-АЦ3 использовалась для очистки хозяйственно-бытовой сточной воды. Удельная производительность мембраны нейлонАЦ3 по сточной воде оказалась равной 39.7 дм³/м² ч при давлении 0.7 МПа. По результатам исследования определено, что средняя степень очистки с помощью мембраны нейлон-АЦ3 составила 64.5%. Мембрана нейлон-АЦ3 обладает высокой селективностью в отношении многовалентных ионов (70%) и высокой степенью очистки по показателям ХПК и БПК₅ (~92%), что не уступает характеристикам коммерческой мембраны нанофильтрации.

В настоящей работе исследованы особенности переноса бутана через гомогенные мембраны толщиной 40–50 мкм на основе поли-4-метилпентена-1 (ПМП) различной степени кристалличности в интервале температур от 10 до 80°С. Показано, что в этом температурном диапазоне, включающем Т_ст полимера, для сплошных мембран ПМП, полученных по расплавной методике, наблюдается существенное влияние активности бутана, описанное в литературе ранее для композиционных мембран на основе ПМП с тонкими селективными слоями, сформированными из растворов. При этом показано, что степень кристалличности ПМП существенно влияет на проницаемость. На основе экспериментальных данных рассчитаны температурные параметры с учетом экспоненциальной формы зависимости проницаемости от активности бутана. Получены температурные зависимости в отсутствие влияния бутана на полимер, имеющие близкий к линейному вид в координатах Аррениуса, при этом практически совпадающие для образцов с различной степенью кристалличности.