Том 12, номер 1, 2022

В работе проанализированы механические и газотранспортные характеристики пленок из двух образцов поли(2,6-диметилфениленоксида-1,4) с молекулярными массами 355 (ПФО-1) и 610 (ПФО-2) кДа. Методом рентгеновской дифракции показано, что исходные частично-кристаллические образцы ПФО-1 содержат только β-модификацию кристаллической фазы, а в пленках ПФО-2 присутствует также α-модификация кристаллической фазы. Фазовый состав исследуемых образцов существенным образом сказывается на изменении их механических и газотранспортных параметров при однородной двухосной деформации. По исследованным механическим и газотранспортным характеристикам частично-кристаллические образцы пленок ПФО можно считать полимер-полимерным нанокомпозитом с дисперсной низкоплотной высокопроницаемой нанокристаллической фазой, распределенной в аморфной матрице того же полимера. Неориентированная нанокристаллическая фаза ПФО при высоких степенях наполнения образует высокопроницаемый перколяционный кластер. При однородной двухосной деформации пленок нанокристаллическая фаза ПФО в β-модификации не подвергается существенным изменениям, в то время как нанокристаллическая фаза ПФО в α-модификации ориентируется вдоль направления деформации, причем как механические, так и газоразделительные свойства такого композита резко отличаются от неориентированных образцов. Для неориентированных пленок ПФО-1 и ПФО-2 относительное удлинение не превышает 12%, тогда как для ориентированных пленок ПФО-2 на кривых напряжение–деформация появляются верхний и нижний предел текучести, а относительное удлинение увеличивается до 217%. Снижение коэффициентов проницаемости и диффузии в ориентированных образцах ПФО-2 доказывает наличие и ориентацию α-модификации кристаллической фазы ПФО.

Послойная адсорбция полиэлектролитов с чередующимися знаками зарядов полярных групп позволяет создавать функциональные покрытия для повышения специфической селективности ионообменных мембран по отношению к однозарядным противоионам. В данной работе проанализированы хронопотенциограммы гетерогенных ионообменных мембран МК-40, послойно модифицированных полиаллиламином и полистиролсульфонатом натрия. Показано, что использование метода хронопотенциометрии позволяет обнаружить более выраженное второе переходное время, снижение стационарного скачка потенциала и увеличение амплитуды осцилляций скачка потенциала на стационарных участках хронопотенциограмм модифицированных мембран, что указывает на различия в переносе противоионов в случае исходной и модифицированных мембран, которые можно отнести к “расширению ворот воронки” для вхождения линий тока в гетерогенную мембрану после нанесения гомогенизирующего слоя и к усилению развития электроконвекции. Увеличение количества модифицирующих слоев с двух до пяти не приводит к существенным изменениям в форме хронопотенциограмм.

Представлены результаты исследования транспортных и структурных характеристик мембраны МФ-4СК на разных этапах ее работы в составе мембранно-электродного блока водородного топливного элемента. Для оценки деградации мембраны использованы методы мембранной кондуктометрии и вольтамперометрии, контактной эталонной порометрии и оптической микроскопии. Выполнена количественная оценка влияния термомеханического воздействия в процессе прессования мембранно-электродного блока и различных условий его эксплуатации на толщину мембраны, ее обменную емкость, влагосодержание, характеристики пористой структуры, удельную электропроводность и параметры вольтамперной кривой. Выявлены основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на деградацию перфторированной мембраны.

Проведено сравнение электроконвективных (ЭК) вихревых структур, формирующихся у поверхности анионообменной мембраны АМХ в 0.02 М растворах NaCl и NaHT. Поверхность АМХ волнистая и представляет собой чередующиеся в шахматном порядке выпуклости и впадины. Зоны ЭК перемешивания визуализированы с использованием флуоресцирующего агента родамина. В случае NaCl вихревые ЭК структуры и распределение концентраций рассчитаны с использованием “базовой” модели, основанной на уравнениях Нернста–Планка–Пуассона–Навье–Стокса. Согласно расчету, зона низкой концентрации примерно совпадает в своих границах с крупным вихрем, локализованным вблизи дна впадины. Визуализация показывает, что в случае NaCl ЭК вихри более крупные, а концентрация электролита в них более высокая, чем в случае NaHT при одном и том же отношении тока к своему предельному значению. Причиной является более интенсивная генерация ионов Н⁺ на границах обедненный раствор/мембрана в результате потери протона частью тартрат-анионов при их входе в мембрану. Генерированные ионы H⁺ являются дополнительными переносчиками тока; их поток от обедненной поверхности мембраны снижает (по абсолютной величине) плотность объемного электрического заряда у поверхности мембраны, а, следовательно, и интенсивность электроконвекции.

В статье описано влияние природы растворителя на примере полярных протонных (вода) и апротонных (N,N-диметилформамид (ДМФА) и N,N-диметилацетамид (ДМА)) жидкостей на свойства мембран Nafion, полученных из них методом отливки. Влагосодержание и протонная проводимость мембран Nafion, полученных из водной дисперсии, существенно выше, чем из дисперсий в ДМФА и ДМА, однако их механические свойства и стабильность обычно оказываются невысокими. Непродолжительная ультразвуковая (УЗ) обработка дисперсий Nafion в ДМФА и ДМА позволяет повысить проводимость мембран и снизить энергию ее активации. Это происходит из-за улучшения микроструктуры мембран за счет деагломерации макромолекул. Присутствие воды при УЗ обработке дисперсий Nafion приводит к увеличению их вязкости и потере большого количества функциональных сульфогрупп. В результате этого снижается проводимость мембран. Для нивелирования этих процессов целесообразно использовать апротонные жидкости или смеси с небольшим содержанием воды. Предложено объяснение влияния природы диспергирующей жидкости и УЗ обработки на свойства мембран Nafion с точки зрения морфологии полимера в дисперсии и в пленке.

В статье исследуются вопросы повышения эффективности опреснения морской воды методом мембранной дистилляции при использовании низкопотенциального (80–85°С) бросового тепла системы охлаждения дизельной электростанции и предотвращения образования накипи сульфата кальция на мембранах путем нанофильтрационного умягчения части исходной воды. Мембранный модуль интегрированный в систему охлаждения посредством промежуточного циркуляционного контура, подпитываемого смесью умягченной и исходной морской воды, обеспечивает выработку дистиллята и охлаждение теплоносителя. Исследования выполнены методом компьютерной симуляции расчетной модели системы, преобразованной в вычислительную программу, на примере вод Каспийского и Черного морей, с использованием мембранного модуля прямого контакта плоскорамной конструкции. Установлено, что каспийская вода характеризуется высоким потенциалом сульфатного накипеобразования и при подпитке промежуточного контура смесью умягченной и исходной воды в равном соотношении солесодержание питательной воды мембранного модуля не должно превышать 30 г/дм³, а в случае черноморской воды, даже без умягчения, этот показатель может быть повышен до 95 г/дм³. В обоих случаях достигается высокая конверсия подпиточной воды: 75–80%. Конверсия питательной воды мембранного модуля составляет 5.2–6.8%. Расход энергии связан только с работой насосов. На каждый мегаватт генерируемой электрической мощности приходится выработка 4.9–5.5 т/сут дистиллята (опресненной воды). Исследования носили расчетноаналитический характер, что делает необходимым дальнейшую экспериментальную проверку полученных результатов.

Исследовано влияние концентраций растворов, расположенных по обе стороны от биполярной мембраны аМБ-2м в процессе получения диэтиламина и серной кислоты из сульфата диэтиламмония, на частотный спектр электрохимического импеданса биполярной мембраны аМБ-2м и на вольт-амперную характеристику мембраны Ralex AMH. Концентрации растворов практически не влияют на импеданс мембраны аМБ-2м и заметно влияют на вольт-амперную характеристику мембраны Ralex AMH. Определены технико-экономические характеристики электромембранного процесса получения диэтиламина и серной кислоты из сульфата диэтиламмония. Использование модифицированной биполярной мембраны аМБ-2м в сочетании с анионообменной гетерогенной мембраной Ralex AMH в электродиализном аппарате позволяет получать растворы диэтиламина с концентрацией около 0.5 моль-экв/л и серной кислоты с концентрацией около 0.9 моль-экв/л из 0.5 моль-экв/л сульфата диэтиламмония.