Том 13, номер 5, 2023

В работе исследовано получение гидроксида натрия методом биполярного электродиализа из раствора карбоната натрия с применением биполярных мембран МБ-3. Для исследований использован лабораторный электродиализатор-синтезатор с трехкамерной элементарной ячейкой. Мембранный пакет электродиализатора содержал пять элементарных ячеек, активная площадь каждой мембраны 1 дм². Для сравнения полученных массообменных характеристик дополнительно был исследован процесс получения гидроксида натрия из сульфата натрия. Показано, что использование карбоната натрия в качестве исходного раствора позволяет увеличить концентрацию получаемой щелочи с 0.92 до 1.7 М при сопоставимых условиях проведения процесса по сравнению с получением гидроксида натрия из раствора сульфата натрия. При использовании карбоната натрия выход по току по щелочи составляет более 70% во всех экспериментах, в то время как при получении щелочи из раствора сульфата натрия выход по току резко падает до 0.4–0.5 при достижении концентрации выше 0.8 М NaOH. Энергозатраты на перенос одного килограмма щелочи находятся в пределах 2.8– 13.9 кВт-ч/кг при рабочих плотностях тока 1–3 А/дм².

Для эффективного разделения и очистки аминокислот, являющихся амфолитами, может быть использован метод нейтрализационного диализа (НД), достоинством которого является возможность управления значением рН раствора без внесения реагентов. Важной задачей является оптимизация параметров процесса НД для обеспечения минимальных потерь аминокислот при их выделении из смешанных растворов. Проведено экспериментальное исследование процесса деминерализации эквимолярной смеси фенилаланина и хлорида натрия методом НД. Установлено, что варьирование концентрации и скорости протока растворов кислоты и щелочи в соответствующих камерах диализной ячейки позволяет управлять значением pH обессоливаемого раствора и контролировать величину потерь аминокислоты. Уменьшением концентрации кислоты в два раза (с 0.10 до 0.05 М) удалось добиться сокращения потерь фенилаланина с 18.3 до 16.4%, а использование меньшей скорости протока раствора в кислотной камере (0.75 вместо 1.50 см с^–1) позволило снизить эти потери до 14.2%. При этом во всех экспериментах значение электропроводности обессоливаемого раствора снижалось на 90%, что позволяет говорить о высокой степени деминерализации и эффективности применяемого метода для выделения фенилаланина из смешанного раствора.

В работе представлены результаты исследования водопоглощения, ионной проводимости и потенциала Доннана в системах с перфторсульфополимерными мембранами в H⁺, Li⁺, Na⁺ и K⁺ ионных формах и растворами неорганических электролитов. Были изучены свойства коммерческих мембран Aquivion E87-05S и Nafion 212, а также мембран, полученных из дисперсий Nafion 212 в растворителях различной природы (N,N-диметилформамиде, 1-метил-2-пирролидоне, смеси изопропи- лового спирта с водой в объемном соотношении 80–20). Установлено влияние количества функциональных групп, длины боковой цепи макромолекул полимера и морфологии полимера в мембранах на их равновесные и транспортные свойства, в зависимости от природы противоиона. Обсуждено действие релаксационного и электрофоретического факторов на перенос ионов щелочных металлов через систему пор и каналов перфторсульфополимерных мембран. Угол наклона концентрационных зависимостей потенциала Доннана для всех высокогидратированных мембран в H⁺ форме был близок к нернстовскому, тогда как селективность к ионам щелочных металлов возрастала для мембран с наибольшей ионообменной емкостью или наименьшими количеством сорбированной воды и диффузионной проницаемостью, вследствие исключения коионов из фазы мембраны.

Данная работа посвящена удалению растворенного кислорода из модельного абсорбента на основе моноэтаноламина (МЭА) для предотвращения его окислительной деструкции в процессе абсорбционной очистки дымовых газов от диоксида углерода. Разработаны композиционные мембраны на основе пористых керамических и полимерных подложек с нанесенным тонким селективным слоем из поли[1-(триметилсилил)-1-пропина] и его смеси с поливинилтриметилсиланом. На их основе созданы мембранные контакторы газ–жидкость. Показано, что с их применением в режиме вакуумирования из модельного абсорбента может быть удалено до 60% растворенного кислорода.

В работе предложены точные формулы для вычисления электромиграционных, диффузионных и конвективных чисел переноса противоионов в ячеечной модели заряженной мембраны в зависимости от физико-химических параметров и равновесной концентрации электролита. Ячеечная модель была ранее развита для вычисления всех кинетических коэффициентов матрицы Онзагера и установлена асимметрия перекрестных коэффициентов. Подробно исследован предельный случай идеально-селективной мембраны, для которого получены приближенные формулы для чисел переноса. Полученные зависимости проиллюстрированы графиками на примере катионообменной мембраны МК-40 после кондиционирования при комнатной температуре. Предложенная методика расчета чисел переноса применима любым однослойным мембранам в растворах бинарного электролита.

Проведено экспериментальное исследование коммерчески доступных половолоконных мембран из двух полимеров: полисульфона и полифениленоксида. Основной задачей является оценка газотранспортных характеристик этих мембран по отношению к компонентам воздуха и благородным газам. Поэтому в рамках этого исследования определены проницаемости мембран по азоту, кислороду, гелию, аргону, ксенону и криптону. Особое внимание уделено ксенон-содержащей воздушной смеси, т.к. проблема улавливания медицинского ксенона представляется актуальной химикотехнологической задачей в силу высокой стоимости процесса получения этого газа. В ходе исследования определены значения проницаемостей двух мембран по чистым газам и рассчитаны значения идеальной селективности. Так, значения проницаемостей мембран по аргону, криптону и ксенону составили 20.8, 8.4 и 6.8 GPU для мембраны из полисульфона и 19.5, 6.2 и 4.8 GPU для мембраны из полифениленоксида. Установлено, что проницаемость этих мембран по ксенону снижается в случае разделения газовой смеси, состоящей из азота кислорода и ксенона и составляет 5.9 и 4.1 GPU для полисульфона и полифениленоксида, соответственно. Также установлена зависимость производительности мембранных модулей на основе полисульфона и полифениленоксида от общей площади мембраны.

Проведено экспериментальное исследование коммерчески доступных половолоконных мембран из двух полимеров: полисульфона и полифениленоксида. Основной задачей является оценка газотранспортных характеристик этих мембран по отношению к компонентам воздуха и благородным газам. Поэтому в рамках этого исследования определены проницаемости мембран по азоту, кислороду, гелию, аргону, ксенону и криптону. Особое внимание уделено ксенон-содержащей воздушной смеси, т.к. проблема улавливания медицинского ксенона представляется актуальной химикотехнологической задачей в силу высокой стоимости процесса получения этого газа. В ходе исследования определены значения проницаемостей двух мембран по чистым газам и рассчитаны значения идеальной селективности. Так, значения проницаемостей мембран по аргону, криптону и ксенону составили 20.8, 8.4 и 6.8 GPU для мембраны из полисульфона и 19.5, 6.2 и 4.8 GPU для мембраны из полифениленоксида. Установлено, что проницаемость этих мембран по ксенону снижается в случае разделения газовой смеси, состоящей из азота кислорода и ксенона и составляет 5.9 и 4.1 GPU для полисульфона и полифениленоксида, соответственно. Также установлена зависимость производительности мембранных модулей на основе полисульфона и полифениленоксида от общей площади мембраны.

Представлены результаты теоретического анализа влияния электроосмотического потока на электромиграционный и конвективный перенос конкурирующих ионов, разделяемых электробаромембранным методом. Разделяемые ионы одного знака заряда движутся в электрическом поле через поры трековой мембраны к соответствующему электроду, при этом за счет перепада давления на мембране создается соразмерный встречный конвективный поток. Упрощенная модель, основанная на уравнении конвективной электродиффузии и Хагена–Пуазейля, позволяет анализировать экспериментальные данные, используя только эффективные числа переноса ионов в мембране в качестве подгоночных параметров. С использованием 2D математической модели, описываемой системой уравнений Нернста–Планка, Навье–Стокса и Пуассона показано, что электроосмотический поток может быть причиной превышения эффективных чисел переноса конкурирующих ионов над их значениями в растворе, даже если эти ионы являются коионами для мембраны.