Том 3, номер 1, 2013

В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований процесса разделения молочной сыворотки с помощью нанофильтрационных мембран ОПМН-П (ЗАО НТЦ “Владипор”, Россия) при давлениях 1.6–6 МПа. Для проведения экспериментов применялась мембранная ячейка тупикового типа. Разделяли как цельную (без предварительной подготовки) молочную сыворотку, так и сыворотку после микрофильтрации, а также после микро- и ультрафильтрации. Показано, что рабочий диапазон давлений для мембран ОПМН-П может быть расширен от 1.6 до 5 МПа. Наибольшая удельная производительность и селективность по лактозе наблюдается при разделении ультрафильтрационных пермеатов молочной сыворотки. Наличие в сыворотке остатков молочного жира и белков снижают удельную производительность. На основании расчета удельных затрат энергии сделан вывод, что высокое давление (5 МПа) целесообразно применять лишь при разделении ультрафильтрационных пермеатов молочной сыворотки.

Предложен новый критерий оценки эффективности процессов разделения – селективная плотность потока чистого целевого компонента, включающая в себя как изменения концентрации, так и производительность аппарата, в котором осуществляют процесс разделения. Приведен алгоритм расчета предложенного критерия, введено понятие коэффициента эффективности и показана его связь со степенью селективного разделения бинарного раствора.

Исследованы массообменные свойства фторсодержащих поликарбонатсилоксанов (ПКС-F) по некоторым газам и углеводородам в зависимости от химической природы карбонатного и силоксанового блоков и состава блок-сополимеров. ПКС-F в сравнении с полидиметил-силоксанами (ПДМС), поликарбанатсилоксанами (ПКС) и гомо полиметилтрифтор-пропилсилоксанами (ПМТФС) проявляют более высокую селективность разделения α для CO₂/N₂, CO₂/O₂ и СО₂/СН₄. При содержании в ПКС-F 30 мас. % трифторпропильных групп они обладают α для О₂/N₂ = 4.9, СО₂/СН₄ = 17.8. ПКС-F проявляют высокую стойкость в углеводородах, сохраняя механические свойства в набухшем состоянии.

Исследовано влияние поверхностной диффузии на анизотропию проницаемости газа через двухслойную нанопористую мембрану. Построена модель переноса газа в двухслойной мембране для случая течения газа, состоящего из свободномолекулярного и поверхностного потоков, при этом рассеяние молекул на поверхности задается моделью “белый шум”. Проанализировано влияние поверхностной диффузии на анизотропию проницаемости газа через нанопористую двухслойную мембрану в случае неизотропного рассеяния молекул газа с внутренней поверхности пор.

С помощью сравнительного анализа диффузии и растворимости благородных газов как изотропных диффузионных зондов в полимерах различных классов и некоторых блок-сополимерах на их основе предложены методы оценки параметров молекулярно-селективного газопереноса в полимерных мембранах и объяснения эволюции селективности разделения “малых” и “больших” молекул вплоть до “инверсионной”. Для этой цели в работе рассмотрены два подхода: (1) анализ диффузионной миграции постоянных газов, низших углеводородов и спиртов (паровая фаза) в стеклообразных полимерах и каучуках относительно диффузии благородных газов, включая радон; (2) адаптация теории “жестких сфер”, разработанной для растворимости газов в жидкостях, к расчету величин растворимости газов в полимерной матрице. В последнем случае благородные газы как изотропные зонды используются для расчета необходимых подгоночных параметров полимерной среды.

В данной работе проведено рассмотрение и анализ существующих и перспективных методов модификации трековых мембран, и их сопоставление для последующего разделения биологических объектов. По результатам сравнительного анализа, выбран наиболее простой и технологичный метод модификации трековых мембран.

Методом эталонной контактной порометрии исследованы особенности пористой структуры композиционных ионообменных мембран “Поликон К” на основе полиакрилонитрильного волокна. Выявлены различия в максимальной пористости, величине внутренней удельной поверхности, объеме макропор и других структурных характеристиках, связанные с использованием различного давления прессования при изготовлении мембран. На основании анализа порометрических кривых, измеренных в октане и воде, установлено, что объем гидрофобных пор в мембранах Поликон на порядок меньше суммарного объема гидрофильных пор. Выполнена оценка ионной селективности мембранных материалов из порометрических кривых. Сопоставление рассчитанных значение с числами переноса ионов, измеренными потенциометрическим методом, показало их удовлетворительное совпадение.

Проведен теоретический анализ процессов, происходящих в твердооксидном электрохимическом конвертере на основе оксидного проводника со смешанной ионно-электронной проводимостью. Рассмотрены три варианта предварительного преобразования исходного топлива (этанола): парциальное окисление, паровая конверсия и рециркуляция выходящей анодной смесью. Показано, что последний вариант характеризуется наибольшей эффективностью процесса преобразования топлива и выходом по водороду.

Исследованы транспортные свойства ионообменных мембран МК-40, МФ-4СК, МА-40, МА-41 в растворах хлорида натрия, хлорида хрома(III) и оксида хрома(VI). Установлено, что мембраны МА-40 и МА-41 сохраняют свои транспортные свойства в растворах хлорида хрома(III), а в растворах оксида хрома(VI) анионообменные мембраны подвергаются полной или частичной деструкции. Обнаружено окисляющее действие хромат-ионов как на углеводородную матрицу мембраны МК-40, так и на химически стойкую перфторуглеродную матрицу мембраны МФ-4СК.

Исследованы объемно и поверхностно модифицированные полиамидные микрофильтрационные мембраны. В качестве биоцидных агентов использовали препараты серебра и вещества, содержащие четвертичные аммониевые группы. Поверхностная модификация препаратами серебра и полигексаметиленгуанидином позволяет получить мембраны, обладающие бактериостатическими свойствами.