Том 4, номер 4, 2014

Гибридные композиционные мембранные материалы и мембраны на их основе, содержащие добавки наночастиц разной природы, диспергированные в полимерных матрицах, привлекают большое внимание исследователей. В данном обзоре рассмотрены различные типы таких материалов в связи с их применением для мембранного газоразделения. Рассмотрено поведение различных типов добавок: непористых окислов, таких как SiO₂, TiO₂, металлорганических каркасных структур, углеродных нанотрубок. Показано, что во многих случаях введение наночастиц приводит к одновременному росту газопроницаемости и селективности газоразделения. Обсуждены результаты, полученные с половолоконными мембранами этого типа. Рассмотрены трудности, возникающие в работе с материалами данного типа, и возможные пути их решения.

Объектам исследований являлись полисульфоновые половолоконные ультрафильтрационные мембраны, полученные методом инверсии фаз из растворов полисульфона в диметилацетамиде содержащем, полиэтиленгликоль 400 в качестве порообразователя и и поливинилпирролидон (ПВП) марки K-30 качестве гидрофилизирующей добавки. Установлено, что мокрые полые волокна представляют собой гетерогенные конденсационные структуры, характеризующиеся наличием неотрелаксированных внутренних напряжений. Проведение гидротермической обработки позволяет стабилизировать структуру волокна и при использовании импрегнирующих растворов глицерина полностью сохранить гидравлическую проницаемость волокна после сушки. Установлено положительное влияние добавок додецилсульфата натрия в импрегнирующие растворы, что позволяет нивелировать отрицательное влияние капиллярной контракции и уменьшить концентрацию глицерина. Установлен аномальный эффект восстановления пористой структуры и проницаемости полисульфоновых полых волокон, подвергшихся капиллярной контракции, после обработки разбавленными растворами полиэтиленгликолей с М = 6000–20 000. Высказано, предположение, что обнаруженный эффект обусловлен расклинивающим действием ПЭГ в результате взаимодействия с гидрофилизирующей добавкой – поливинилпирролидоном.

Проведение синтеза сульфокатионитовых матриц на НФФ волокнах с последующим отверждением при заданных давлениях позволили получить катионообменные мембраны “Поликон” с равномерно распределенными зарядами и улучшенными транспортными и электрохимическими характеристиками. Показано, что воздействие давления на транспортные и электрохимические характеристики мембран “Поликон” носит нелинейный характер. Полученные мембраны можно рекомендовать для осуществления электродиализа и диализа растворов, содержащих крупные органические катионы.

Предложен подход для расчета поверхностного электрического сопротивления ионообменных мембран со сложной геометрией поверхности. Данный подход применен для диагностики эффекта капсулирования в профилированных мембранах, который может появляться при горячем прессовании гетерогенных ионообменных мембран и приводить к увеличению их поверхностного сопротивления.

В настоящей работе исследовалась возможность использования ядерной трековой мембраны как полупроницаемой мембраны в осуществлении транспорта жидкости и поддержании роговицы в слабо дегидрированном состоянии, необходимом для ее прозрачности. Эксперименты проводились с применением трековой мембраны “ТОМТРЕК” на основе ПЭТФ с диаметрами пор 0.4 мкм и плотностью 5 ? 10⁶ пор/см². Поры формировались при облучении полимера ПЭТФ ионами ⁴⁰Ar⁺⁸ с энергией 41.5 МэВ. После облучения мембрана подвергалась химической обработкой в растворе щелочи. Методом растекающейся капли был измерен краевой угол смачиваемости Θ поверхности трековой мембраны. Из обработанных плазмой образцов мембраны вырезались диски диаметрами 10 мм. Края дисков надрезались и сваривались, чтобы придать образцу соответствующую форму.

Проведено численное исследование схем извлечения гелия из природного газа повышенного давления с использованием современных газоразделительных мембран. Показано, что оптимальной схемой является двухступенчатая схема с двумя контурами рециркуляции, состоящая из ординарного делителя на первой ступени и рециркуляционной схемы в качестве второй ступени.

В работе исследована возможность оптимизации электромембранного выделения диоксида углерода из водного раствора моноэтаноламина (МЭА) после стадии регенерации при содержании 0.2 моль СО₂/мольМЭА с целью снижения потерь МЭА с концентратом. Изучено влияниe состава раствора секций концентрирования на степень извлечения диоксида углерода и на величину удельных потерь МЭА (г МЭА/г извлеченного СО₂) при продолжительности процесса 1 ч. В качестве растворов секций концентрирования применяли дистиллированную воду и водные растворы МЭА с различной степенью насыщения диоксидом углерода. Степень извлечения СО₂ находилась в интервале 56.6–66.5%, максимальные удельные потери МЭА составили 4.80, а минимальные – 1.49 г МЭА/г удаленного СО₂, удельные энергозатраты – 6.48?9.72 МДж/кг удаленного СО₂.

Представлены результаты исследований по созданию новых технологий очистки поверхностных точных вод, в основе которых лежит использование обратноосмотических систем, оснащенных специально разработанными мембранными аппаратами с “открытым” каналом, позволяющих обрабатывать воду с высоким содержанием взвешенных веществ. Отличительная особенность технологии состоит в утилизации концентрата обратноосмотичесой установки, который выводится из системы вместе с влажным осадком взвешенных веществ и всеми удаленными из воды загрязнениями. Представлены зависимости роста концентраций загрязнений в фильтрате установки и производительности мембран в зависимости от роста солесодержания обрабатываемой воды и кратности ее объемного концентрирования в установке обратного осмоса. Определены параметры работы установок на данных типах сточных вод. Исследовано влияние солесодержания исходной воды на качество очистки воды от нефтепродуктов и СПАВ. Для расчета эффективности отстаивания промывных вод после гидравлической промывки мембранных аппаратов предложена методика прогнозирования осаждаемости взвеси, основанная на определении интенсивностей образования на мембранах осадков взвешенных веществ в зависимости от размеров частиц.

Рассмотрена математическая модель процесса очистки газов от легкопроникающих примесей с низкой концентрацией в двух- и трехмодульных мембранных установках последовательного типа. Получены выражения для степени разделения, определяемой как отношение концентрации примеси на входе в установку к концентрации примеси в ретентате на выходе из установки. Степень разделения зависит от доли отбора концентрата примеси, соотношения площадей мембранных модулей и величины эффективной селективности.

В работе получены теоретические оценки ресурса одно- и бипористой микрофильтрационной мембраны при фильтрации полидисперсий. Найден оптимальный режим микрофильтрации, позволяющий увеличить ресурс мембраны. Рассмотрение ведется на основе вероятностно-ситовой модели процесса с учетом поверхностной забивки пор во времени, развитой ранее одним из авторов. В случае мембраны с произвольным распределением пор по диаметрам получена явная формула для нахождения ее ресурса.

Обоснованы актуальность и преимущества мембранных методов для концентрирования экстракта говяжьего пепсина. Рассмотрен способ фильтрации и концентрирования последнего с помощью испытательного стенда, достигнуто 6-кратное увеличение ферментативной активности.