Том 12, номер 5, 2022

Впервые в рамках капиллярной модели на основании данных эталонной контактной порометрии и мембранной кондуктометрии рассчитано число переноса свободного растворителя в перфторированной мембране МФ-4СК в растворах хлоридов щелочных металлов и соляной кислоты. Обсуждены причины изменения структурных характеристик и удельной электропроводности при изменении природы противоиона. С использованием экспериментальных данных по числам переноса воды в растворах электролитов различной природы выполнена оценка доли сквозных мезопор в гомогенной и гетерогенной сульфокатионитовых мембранах, соответственно, МФ-4СК и МК-40.

В работе изучен транспорт кислорода, азота и углеводородов С₁–С₄ в полиимидах на основе 4,4'-(гексафторизопропилиден)дифталевого ангидрида (6FDA) и диангидрида дифенил-3,3',4,4'-тетракарбоновой кислоты (BPDA) и диэтилтоулилендиамина (DETDA). Рассмотрены зависимости коэффициента диффузии от эффективного диаметра диффузанта и коэффициентов растворимости от потенциала парного взаимодействия Леннарда–Джонса. Показано, что коэффициенты диффузии бутана отклоняются от линейной зависимости логарифма коэффициента диффузии от квадрата эффективного диаметра диффузанта, что может свидетельствовать о пластификации полимеров бутаном при давлении 1 атм. Проведены исследования проницаемости смесей газов O₂–N₂ (29 : 71 об./об.) и CO₂–CH₄ (62 : 38 об./об.). Значимых отличий параметров газоразделения в сравнении с индивидуальными газами не наблюдается, однако, для смеси CO₂–CH₄ было обнаружено небольшое увеличение фактора разделения в сравнении с идеальной селективностью. Также в статье представлены данные измерения изотерм сорбции и коэффициентов растворимости O₂, N₂ и CH₄. Коэффициенты растворимости газов оказались близки значениям, полученным косвенно, как P/D.

В статье представлены экспериментальные исследования гибридного процесса регенерации отработанных масел на основе двух взаимосвязанных процессов коагуляции и ультрафильтрации с целью проверки гипотезы о том, что процесс коагуляции за счет агрегации частиц и органических веществ способствует образованию более пористого слоя осадка, что уменьшает закупорку пор и повышает эффективность фильтрации. Исследование направлено на определение наиболее эффективных параметров баромембранного процесса путем описания изменения свойств отложений в трубчатой керамической мембране при ультрафильтрации отработанных масел. На первом этапе были проведены эксперименты на Джар реакторе с двумя различными коагулянтами: водного раствора диаминометанала и смеси моноэтаноламина и пропан-2-ол, и исследовано влияние коагулянтов на процесс образования хлопьев методом микросъемки капельных проб и бумажной хроматографии. На втором этапе проведены исследования процесса ультрафильтрации. Эксперименты по коагуляции и ультрафильтрации показали различную проницаемость процесса. Влияние на поток пермеата зависит от природы и состава коагулянта. В результате экспериментов было показано, что более устойчивые хлопья образовывались под воздействием водного раствора диаминометанала и как результат более длительная работа мембранного элемента без падения проницаемости.

Предложена нестационарная математическая модель процесса разделения раствора аминокислоты (фенилаланина) и минеральной соли (NaCl) методом нейтрализационного диализа (НД), осуществляемого в циркуляционном гидродинамическом режиме. Модель учитывает характеристики мембран (толщину, обменную емкость и электропроводность) и раствора (концентрацию и природу компонентов), а также скорость потока раствора в камерах диализатора. В отличие от известных моделей новая модель учитывает перенос катионов и анионов фенилаланина через мембраны и диффузионные слои системы НД. Кроме того, модель учитывает способность аминокислоты вступать в реакции протонирования/депротонирования. Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными данными позволяет сделать вывод, что модель адекватно описывает НД растворов смеси фенилаланина и NaCl. Показано, что для заданной пары мембран (катионообменной мембраны CSE и анионообменной мембраны ASE, Astom, Япония) и исследованных концентраций, рН смешанного раствора остается сравнительно низким в течение всего процесса, а скорость снижения электропроводности оказывается меньше по сравнению с индивидуальным раствором NaCl. На основе анализа экспериментальных данных и результатов моделирования проведена оценка потерь фенилаланина в процессе НД.

На основании анализа результатов сорбционных экспериментов, изучения влияния природы окислителя на разных этапах получения композитов разработана методика модифицирования анионообменных мембран сульфированным полианилином методом окислительной полимеризации 2-аминобензолсульфокислоты in situ. Образование модификатора в мембранах доказано на основании анализа ИК НПВО спектров образцов. Изучение физико-химических и транспортных свойств композитных мембран показало, что синтез модификатора приводит к существенному снижению обменной емкости от 3.41 до 1.65 ммоль/г_сух для мембраны МА-40 и от 0.87 до 0.21 ммоль/г_сух для МА-41. Удельная электропроводность композита на основе мембраны МА-40 при этом увеличивается в растворах хлорида натрия в 2–3 раза, а для композита на основе мембраны МА-41 наблюдается снижение этой характеристики в 1.5–2 раза. Обнаружена асимметрия вольтамперных характеристик композитных мембран, подтверждающая градиентный характер распределения модификатора.

В данной работе показана возможность формирования мембран асимметричной пористой структуры из композитов сополиимид/наноалмазы (соПИ/НА). Исследовано влияние наноалмазов, а так- же варьирования природы растворителя путем введения ионной жидкости, на структуру и термические свойства мембран с использованием методов рентгенофазового анализа, термогравиметрического анализа, сканирующей электронной микроскопии и ИК спектроскопии. Транспортные свойства мембран изучены в процессе ультрафильтрации водных растворов белков. Проведено исследование влияние добавок ионной жидкости на оптимизацию транспортных характеристик. Показано, что мембраны на основе композитов соПИ/НА обладают повышенной гидравлической производительностью: введение до 3 мас. % НА и использование ионной жидкости в качестве сорастворителя приводит в возрастанию производительности разделения по сравнению с мембраной на основе ПА до 600 л/м²ч ⋅ бар.

Представлены результаты исследования осцилляций на хронопотенциограммах при осадкообразовании на поверхности анионообменной мембраны МА-41П, обращенной в камеру концентрирования электродиализатора, при переработке разбавленных пластовых вод аналогичных по составу природным рассолам, попутно добываемым на газонефтяных месторождениях Ангаро-Ленского бассейна. Если в растворе присутствуют ионы Mg²⁺, на поверхности мембраны МА-41П преимущественно образуется пористый Mg(OH)₂, несмотря на избыточное содержание Ca²⁺ и достаточное количество HCO₃^- в растворе. При отсутствии ионов Mg²⁺ в растворе на поверхности мембраны осаждается CaСO₃. При осадкообразовании на хронопотенциограммах МА-41П регистрируется увеличение периода и амплитуды осцилляции скачка потенциала, Δϕ, с 5 мВ и в среднем 5–10 с, обусловленных развитием равновесной электроконвекции, до 50 мВ и 430 с соответственно. Установлено, что амплитуда и период осцилляций скачка потенциала, а также значения рН концентрата могут служить сигналом для принятия мер по промывке и регенерации ионообменных мембран при электродиализной переработке разбавленных растворов пластовых вод.

Биполярная гетерогенная мембрана получена путем нанесения слоя пасты фосфорнокислотного ионообменника на водной основе на влажную шероховатую катионообменную мембрану с последующей ее сушкой и горячим прессованием с анионообменной мембраной. Методом электрохимического импеданса показано, что полученная мембрана при плотности тока 1.1 А/дм² имеет перенапряжение биполярной области 0.26 В. Это сопоставимо с перенапряжением биполярной области промышленной мембраны МБ-3 (0.29 В) и намного ниже, чем эта же величина для промышленных биполярных мембран МБ-1 (2.86 В) и МБ-2 (8.04 В). Исследован процесс получения кислоты и гидроксида натрия из растворов хлорида и нитрата натрия в электродиализном аппарате с трехкамерными элементарными ячейками, состоящими из полученной биполярной мембраны и монополярных мембран Ralex CMH и Ralex AMH. При использовании полученной биполярной мембраны в электродиализном процессе интегральные выходы по току и производительность по кислоте и щелочи выше, а энергозатраты и загрязнения солевыми ионами полученных растворов кислот и щелочи ниже, чем при использовании промышленной мембраны МБ-3.