Том 3, номер 4, 2013

Теоретически и экспериментально изучен процесс разделения смеси моносилана, дихросилана, трихлорсилана и тетрахлорида кремния. Экспериментально определены идеальные коэффициенты разделения, установлена их величина в разделительной ячейке при давлениях Р₁ и Р₂, проведен расчет фактора разделения в зависимости от соотношения потоков в полостях мембранного модуля. Проведен расчет процесса очистки моносилана от легкопроникающих примесей в радиальном мембранном модуле и в мембранном модуле с питающим резервуаром.

Методом ЯМР исследованы концентрационные зависимости коэффициентов самодиффузии (КСД), энергий активации самодиффузии воды и метанола и химических сдвигов протонов гидроксильных групп δ_ОН одновременно во внешнем и сорбированном в мембраны МФ-4СК водно-метанольном растворе. Установлено, что КСД чистого метанола и чистой воды, сорбированных в мембрану МФ-4СК, в 3–5 раз ниже, чем вне мембраны. Обнаружено, что в присутствии небольшого количества метанола КСД воды в мембране в 1.5–2 раза выше, чем КСД чистой сорбированной воды. В области концентраций раствора 0.1–0.5 мольной доли значения КСД воды и метанола в мембране мало меняются и составляют около 6 ? 10^-6 и 4 ? 10^-6 см² соответственно. Установлено, что δ_ОН в мембране на 100–200 Гц выше, чем во внешнем растворе. Наблюдаемое увеличение δ_ОН и снижение КСД в мембране свидетельствуют о существенном изменении состояния раствора в сульфокатионной мембране МФ-4СК по сравнению с внешним раствором.

В статье представлены результаты исследований по созданию половолоконных композиционных мембран для регенерации водных растворов алканоламинов в мембранных контакторах газ–жидкость. В качестве подложки использованы асимметричные мембраны из полисульфона (ПСФ), а диффузионного разделительного слоя – поли[1-(триметилсилил)-1-пропин] (ПТМСП). Изучено влияние параметров режима формования полых волокон на их гидравлическую проницаемость. Получены образцы композиционных мембран с бездефектным слоем ПТМСП и проницаемостью по диоксиду углерода 0.26 м³(н.у.) (м² ч бар)^-1. Методом СЭМ установлено, что толщина разделительного слоя ПТМСП составляет 2.5 мкм, при этом, на основании данных РСМ и расчетов по модели сопротивлений, полимер селективного слоя проникал в поры подложки на глубину 1.4 мкм. Расчет по модели последовательных сопротивлений показал, что 98.6% сопротивления транспорту газов оказывает слой ПТМСП, частично проникший в поры подложки. Химическая стабильность материалов, составляющих композиционную мембрану, обуславливает перспективность ее применения для регенерации водных растворов алканоламинов (рН > 11) от углекислого газа, при температуре 100°C и перепаде давления до 10 бар в мембранных контакторах газ–жидкость.

Представлены результаты изучения газопроницаемости С₁-С₄ алканов и паропроницаемости С₅-С₆ алканов, и метанола для мембран из прессованной фольги на основе интеркалированных соединений графита плотностью 1 г/см³. Найдено, что углеводороды С₄-С₆ обладают повышенной проницаемостью через исследуемую графитовую фольгу относительно расчетных значений и достигается обратная (инверсионная) селективность, в частности, по таким парам, как Н₂/углеводород, N₂/углеводород, что может быть обусловлено значительным влиянием поверхностного потока на общий поток через мембрану.

Теоретически и экспериментально исследовано влияние гидродинамического потока смеси бутанол–вода в канале плоскорамного проточного модуля на поток пермеата и фактор разделения в процессе термопервапорации (ТПВ). На примере разделения разбавленного водного раствора 1-бутанола через ПТМСП мембрану показана возможность интенсификации процесса термопервапорации при установке в проточном модуле цилиндрических турбулизаторов или при использовании пульсирующего потока. Совместным численным решением стационарных уравнений Навье-Стокса и конвективной диффузии получены поля течения и концентрации в плоскопараллельном канале с цилиндрическими турбулизаторами, установленными перпендикулярно к направлению потока разделяемой смеси. Рассчитаны перепад давления в канале и нормальный диффузионный поток целевого компонента на границе “смесь–мембрана” в зависимости от расхода смеси. Показано, что достаточно установки двух цилиндрических турбулизаторов для заметного увеличения диффузионного потока к мембране. Показано, что форма сечения цилиндрического турбулизатора (круг, эллипс, квадрат) слабо влияет на диффузионный поток и перепад давления в канале. Наибольшее усиление массопереноса к мембране обеспечивает установка мультиволоконных высокопористых турбулизаторов, обладающих к тому же заметно меньшим сопротивлением потоку по сравнению с непроницаемыми турбулизаторами того же сечения.

Исследован новый подход к разделению водомасляных эмульсий с применением коалесцирующей фильтрации и мембранного разделения. Рассмотрена проблема замасливания мембран при разделении эмульсий и методы борьбы с этим явлением. Разработана гибридная технология разделения прямых разбавленных тонкодисперсных эмульсий. Оценена степень снижения замасливания мембраны благодаря коалесцирующей фильтрации.

В представленной экспериментальной работе рассмотрены особенности создания селективных нанопористых металлооксидных покрытий на поверхности макропористой подложки из рутила (размер пор 0.1 мкм) и смешанных оксидов алюминия и титана (размер пор 0.05 мкм). Газоселективные покрытия эмпирической формулы P_xTi_{1 - 0.5x}O_{2 ± δ} с однородным распределением наноразмерных пор получены алкоксометодом с использованием алкоксида титана и этриолфосфита (предшественника фосфорсодержащего компонента) при варьировании их суммарной концентрации. Исследована морфология поверхности полученных мембран, определены основные структурные параметры газоселективных покрытий. Показано, что зависимости газопроницаемости для He, N₂, CO₂ и C₃H₈ от температуры и перепада давления отвечают молекулярному режиму течения газов. Найдено, что при использовании вакуумного интегрального метода наблюдается воспроизводимый эффект анизотропии проницаемости, составляющий ~ 50 ‾ 60.

Исследованы особенности процессов протекания тока через металлизированные трековые мембраны, находящиеся в условиях вакуума и атмосферного воздуха, и связанные с наличием на их поверхности автоэмиссионных наноструктур.

Экспериментально показана возможность получения вакуума в мембране и его сохранения в течение многих суток во время процесса осмотической мембранной дистилляции (ОМД). Проведены оценки предельных параметров ОМД с применением вакуума в зависимости от внешнего давления, температуры и перепада температур на мембране. Приводятся формулы и графики для вычисления осмотического давления и разности температур, останавливающих процесс ОМД.

В работе приведены результаты исследования свойств гибридных мембран МФ-4СК с градиентным распределением наночастиц гидратированного оксида циркония по толщине, полученных путем послойной отливки из раствора полимера. Изучено влияние концентрации допанта на свойства мембран. При небольшом содержании оксида влагосодержание и ионная проводимость полученных образцов увеличиваются по сравнению с мембраной МФ-4СК. Выявлено наличие эффекта асимметрии диффузионной проницаемости растворов HCl и NaCl через такие мембраны. Показано, что диффузионная проницаемость оказывается выше при диффузии растворов с немодифицированной стороны мембраны. Максимальный коэффициент асимметрии получен для мембраны с 10%-ным содержанием ZrO₂ в модифицированном слое при диффузии 0.1 M раствора HCl (38%). В статье обсуждаются причины асимметрии диффузионной проницаемости.