Электрохимические свойства и специфическая селективность гетерогенных ионообменных мембран в борат-нитратных растворах электролитов В. И. Заболоцкий, Н. А. Романюк, С. А. Лоза
Методом вращающегося мембранного диска (ВМД) исследованы электрохимические характеристики гетерогенных катионо- и анионообменных мембран Ralex и механизм переноса ионов соли, борной кислоты и ее анионов через мембраны при различных значениях рН. Показано, что борная кислота переносится в основном через анионообменную мембрану. При значении рН 9.5 лимитирующей стадией переноса анионов через анионообменную мембрану является реакция образования аниона тетрагидроксибората B(OH)-4 Исследование процесса электродиализного разделения раствора нитрата натрия и борной кислоты показали, что метод электродиализа позволяет эффективно разделять компоненты смеси, при этом значение коэффициента специфической селективности составляет PB/NaNO3 = (0.02–0.06), в зависимости от напряжения на электродиализаторе.
3
Оптимизация гидродинамического режима в камерах проточного электромембранного аппарата А. А. Филимонова, А. А. Чичиров, А. В. Печенкин, Н. Д. Чичирова
Электродиализ – технология водоподготовки и очистки сточных вод, которая использует градиент электрического потенциала и ионообменные мембраны для разделения ионов в водных растворах. Исследования, проведенные с использованием этой технологии, показали влияние гидродинамического режима на эффективность процесса, скорость массопереноса и концентрационную поляризацию. В статье представлены экспериментальные результаты, математические расчеты и численное моделирование в универсальной программной системе анализа методом конечных элементов Ansys. Теоретические расчетные результаты показывают хорошую корреляцию с результатами гидродинамических процессов в аппарате, полученными экспериментально. Изучен гидродинамический режим в канале ячейки электродиализатора, показано влияние геометрии сетки на распределение потока жидкости по поверхности мембраны, описано изменение скорости и давления потока в зависимости от строения сетки.
15
Физико-химические свойства и эксплуатационные характеристики объемно модифицированных платиной перфторированных мембран при работе в водородном топливном элементе Д. С. Кудашова, И. В. Фалина, Н. А. Кононенко, К. С. Демиденко
Исследована эффективность использования объемно модифицированных платиной перфторированных мембран в водородном топливном элементе, а также изменение их физико-химических и транспортных характеристик на разных этапах эксплуатации мембранно-электродного блока водородного топливного элемента. Изучены толщина, распределение пор по радиусам методом контактной эталонной порометрии, концентрационные зависимости удельной электропроводности и вольтамперная характеристика. Рассмотрено влияние присутствия меди в составе электрокатализатора на характеристики полимерной мембраны. Обнаружено повышение эффективности работы водородного ТЭ как с коммерческим, так и с биметаллическим катализаторами в процессе ресурсных испытаний МЭБ с объемно модифицированными мембранами. Этот результат обусловлен формированием самоувлажняющейся структуры на наночастицах платины, расположенных в объеме мембраны.
23
Практика изготовления асимметричной газоразделительной мембраны в виде полого волокна из поли(2,6-диметилфениленоксида-1,4) А. В. Варежкин
Проведено исследование закономерностей получения газоразделительной асимметричной мембраны в виде полого волокна из поли(2,6-диметилфениленоксида-1,4) (ПФО) методом фазовой инверсии. Характеристики мембраны получены с помощью определения газопроницаемости. Показано, что более высокие сепарационные и газотранспортные характеристики мембраны из ПФО получаются при использовании “мокрого” метода формования. В системе кислород–азот получена идеальная селективность 4.8 ± 0.4 при удельной проницаемости по кислороду (20°C) – (P/l)(790 ± 82) × 10–9 [м3(н.у.) м–2 с–1 кПа]. Разработанные мембраны перспективны для использования в системах получения азота и воздуха, обогащенного кислородом.
33
Метод жидкофазного фторирования полимеров как способ увеличения селективности разделения O2/N2 Д. А. Сырцова, А. Ю. Алентьев, С. В. Чирков, Д. А. Безгин, Р. Ю. Никифоров, И. С. Левин, Н. А. Белов
В работе проведена односторонняя модификация гомогенных полимерных пленок из поливинилтриметилсилана (ПВТМС), поли(2,6-диметилфениленоксида-1,4) (ПФО) и полибензодиоксана (PIM-1) методом жидкофазного фторирования фтор-азотной смесью в перфтордекалине. Время фторирования составляло от 10 до 60 мин. Для образцов ПФО методом рентгенофазового анализа показано, что исходные образцы включают, помимо аморфной, β-нанокристаллическую фазу (48%) и установлено, что фторирование не оказывает существенного влияния на степень кристалличности исследуемых пленок. Изучено влияние времени фторирования на эффективные коэффициенты проницаемости, диффузии и растворимости кислорода и азота. Установлено, что модификация приводит к снижению как эффективных коэффициентов диффузии, так и эффективных коэффициентов растворимости газов, при этом результирующий рост селективности проницаемости составил от 30% для ПВТМС до увеличения в 2 раза в случае ПФО и PIM-1. Установлено, что такое улучшение показателей по селективности проницаемости достигается преимущественно за счет увеличения селективности растворимости. Получены значения эффективных коэффициентов проницаемости газов для смеси O2/N2. Найдено, что достигнутые значения факторов разделения для модифицированных образцов близки к идеальной селективности пленок. Полученные результаты демонстрируют возможности эффективного применения данного метода не только для модификации гомогенных полимерных пленок исследуемых полимеров, но и мембран с селективным непористым слоем на их основе.
42
Очистка воздуха от органических соединений с помощью нанофильтрационной композиционной мембраны на основе ацетата целлюлозы и коммерческой мембраны марки ОПМН-П Д. Д. Фазуллин, Г. В. Маврин, И. Г. Шайхиев
Для разделения паровоздушной смеси, содержащей органические соединения использовали нанофильтрационные мембраны. Мембрану получили на подложке из фильтровальной бумаги методом полива трехкомпонентным раствором полимера. Поверхностные слои наносились на подложку, последовательно чередуя этапы сушки мембраны. Полученная мембрана обладает гидрофильными свойствами, пористость полученной мембраны составляет 51%. Толщина мембраны, установленная методом СЭМ, составила 98 мкм. Задерживающую способность мембран исследовали по разделению модельных смесей этанол–воздух и бензин–воздух. Проницаемость мембраны композиционной мембраны МАЦ3 при разделении паровоздушной смеси этанол–воздух составила 11.0 м3/м2 ч при давлении 0.5 МПа. Высокая задерживающая способность композиционной мембраны МАЦ3 установлена по ксилолам, толуолу и гептану, по остальным соединениям эффективность не более 90%. Средняя задерживающая способность полученной мембраны составила 87%. Сравнительные испытания по установлению параметров газоразделения при аналогичных условиях провели с коммерческой мембраной марки ОПМН-П.
56
Полимерные мембраны для парофазного концентрирования летучих органических продуктов переработки биомассы М. Г. Шалыгин, А. А. Козлова, J. Heider, Д. А. Сапегин, А. А. Нетрусов, В. В. Тепляков
Одной из востребованных перспективных технологий является переработка биомассы с получением различных органических веществ, в том числе энергоносителей и ценных химических реагентов. Развиваемые процессы биопереработки лигнина предлагают использование синтетической биологической системы, позволяющнй получать низшие алифатические спирты через стадию образования карбоновых кислот. Вследствие получения спиртов в виде разбавленных водных растворов, их выделение и концентрирование являются крайне энергозатратными стадиями. В настоящей работе рассмотрен парофазный мембранный метод разделения в применении к водным растворам, содержащим спирты и органические кислоты. Исследован перенос паров воды, С1–С4 спиртов через коммерческие первапорационные и газоразделительные мембраны, которые ранее не были исследованы для этой цели, а также через лабораторную мембрану. Наиболее высокие показатели разделения водно-спиртовых смесей продемонстрировала мембрана RomakonTM -102 PM, которая была также исследована в разделении смесей с уксусной кислотой. На основе полученных экспериментальных данных проведено математическое моделирование процесса выделения этанола их тройной смеси “вода/этанол/уксусная кислота” парофазным мембранным методом.
