Том 3, номер 3, 2013

Проведено гетерогенное сульфирование поликарбонатметакрилата с получением продуктов, обладающих ионообменными свойствами. Полученный полимер и мембраны на его основе охарактеризованы данными элементного анализа, титриметрии и ИК-спектроскопии. Показано, что ионообменная емкость полученных продуктов достигает 6 мг-экв/г. Вследствие этого наравне с достаточно высокими ионной проводимостью и ионообменной емкостью полученные продукты имеют перспективы применения в качестве ионообменных мембран и модифицирующих покрытий, обладающих ионообменными свойствами.

Исследования в области использования наночастиц для улучшения свойств полимерных мембран активно ведутся в последние годы. Известно, что изменение макроскопических свойств таких гибридных материалов, связано с параметрами кластера внедренных наночастиц. При этом, возможность образования непрерывного перколяционного кластера определяется как концентрацией, так и параметрами наночастиц. Перколяционный порог превышает 15 об. % для сферических частиц и уменьшается при увеличении аспектного числа внедренных частиц другой формы.

Математически обосновано квазистационарное распределение концентраций у поверхности мембраны, частным случаем которого является известное уравнение пленочной модели. В расчете осмотического давления водных растворов биополимеров по уравнению Вант-Гоффа в вириальной форме предложено использовать теорию жестких непроницаемых эллипсоидов. На основе обратимой квазихимической реакции, протекающей на границе раздела фаз “гель–раствор”, разработаны модели зародышевого гелеобразования и кольматации пор мембраны. Предложена обобщенная модель, учитывающая влияние осмотического давления, гелеобразования и кольматации пор на ультрафильтрацию водных растворов биополимеров. Модель позволяет теоретически рассчитать ресурс ультрафильтрационных мембран в процессах, организованных без тангенциальных потоков разделяемых смесей, а также рекомендовать технологические режимы для процессов с тангенциальными потоками.

В работе представлена созданная в ИНХС РАН в конце 90-х годов и регулярно обновляемая База данных “Газоразделительные свойства стеклообразных полимеров”. Эта База данных сегодня является не только электронным справочником, но и удобным инструментом при поиске новых мембранных материалов с улучшенными свойствами для решения традиционных и новых задач мембранного газоразделения, а также для проверки различных моделей на широком массиве данных. Сегодня она также дополнена информацией о свободном объеме полимеров по данным метода аннигиляции позитронов. При поиске новых мембранных материалов с ее помощью методом групповых вкладов могут рассчитываться коэффициенты проницаемости для до сих пор не изученных и даже не синтезированных полимеров. В работе представлены особенности используемых методов групповых вкладов и приведены примеры.

Проведены экспериментальные исследования и получены данные по коэффициентам гидродинамической проницаемости мембран МГА-95 и МГА-80П в зависимости от градиента рабочего давления и температуры по дистиллированной воде на баромембранной разделительной ячейке с плоскими каналами. Обобщена методика оценки погрешности экспериментальных данных для коэффициентов гидродинамической проницаемости мембран МГА-95 и МГА-80П.

Представлены результаты исследования сорбции основных и кислотных красителей полимерными материалами на основе гомополимера сульфонатсодержащего ароматического полиамида, его сополимеров с различной концентрацией фрагментов, включающих ионогенные группы, поли-м-фениленизофталамида и сополимера акрилонитрила с ДМДААХ. Установлено наличие соответствия между природой и концентрацией ионогенных групп в материале, его электроповерхностными свойствами и сорбционной активностью по отношению к основным и/или кислотным красителям. Показано, что доминирующими силами, определяющими взаимодействие сорбент/сорбат в рассматриваемых системах, являются кулоновские силы.

Образцы ультрафильтрационной мембраны ПА-100 марки “Мифил” были отсканированы на атомно-силовом микроскопе SmartSPM-1000 компании АИСТ-НТ, изображения обработаны при помощи программы Gwyddion. Данные о распределении пор по размерам подвергнуты статистической обработке и интерпретации. Предложены сглаживающие кривые распределения, выполнена оценка их точности с помощью критериев согласия Пирсона и Колмогорова. Получено хорошее согласие результатов с данными модифицированного метода продавливания. Показано, что вид кривой распределения остается неизменным для различных участков мембраны.

Изучены барьерные и сорбционные свойства пленок на основе композитов желатина и силоксанового каучука СКТН-А с добавками монтмориллонита (ММТ). Барьерные свойства пленок оценивали по величине их проницаемости для дибромметана и воды в условиях вакуумной первапорации. На примере этих разнополярных жидкостей показана возможность регулирования проницаемости композитов за счет введения до 7 мас. % ММТ в состав полимерной матрицы. Барьерные характеристики композитов желатин–ММТ по отношению к дибромметану улучшаются в 3–4 раза по сравнению с исходным полимером. В случае гидрофобной полисилоксановой матрицы влияние органомодифицированного ММТ^* на барьерные свойства менее существенно.

Определен механизм трансмембранного переноса аммиака и воды через ацетатцеллюлозную мембрану. Полученные методом Фурье ИК-спектроскопии данные подтверждают, предложенный механизм взаимодействия пенетрантов с полимерной матрицей и определяют, что в комплексообразовании по типу водородных связей участвуют группы, обладающие донорными свойствами: C=O, C–O–C и OH. Сорбция воды и аммиака носит локализованный характер и реализуется на активных центрах полимерной матрицы за счет образования водородных связей, как с гидроксильными группами, так и с кислородом сложноэфирных групп ацетата целлюлозы.

Изучены проницаемость и селективность первапорционного разделения водно-органических растворов при наличии в мембранах из аморфно-кристаллического полиэтилентерефталата и аморфных асимметричных мембран из поливинилтриметилсилана структурных перестроек, инициированных развитием релаксационных процессов. Основное внимание направлено на концентрационную историю, состоящую в том, что при фиксированном значении состава исходного раствора проницаемость и состав пермеата зависят от концентрации предыдущего раствора, прошедшего через мембрану. Показано, что в обеих мембранах при определенных условиях первапорации образуются микропоры, а массоперенос проходит по двум конкурирующим транспортным каналам. В результате в эксперименте имеет место колебательная кинетика первапорации, а в стационарном состоянии инверсия селективности разделения.