Том 5, номер 1, 2015

Рассмотрены физико-химические основы процесса мембранного разделения при глубокой очистке газов. Обсуждены влияние концентрации примеси в газовой смеси и материале мембраны на коэффициент разделения, роль сорбционных эффектов в материале мембраны на величину проницаемости и селективность (коэффициент разделения). Разработана математическая модель процесса глубокой очистки газов в радиальном мембранном модуле. Проведено экспериментальное определение эффективности очистки газов в радиальном мембранном модуле. Теоретически и экспериментально изучено влияние продольного перемешивания в мембранном модуле на эффективность очистки. Рассмотрены процессы глубокой очистки газов методом мембранного газоразделения с рециклом.

Мембрана из полифенилен-изо-фталамида (ПА), модифицированная частицами наноалмазов (НА) детонационного синтеза, приготовлена твердофазным диспергированием порошков компонентов. Транспортные свойства плотных пленочных мембран, содержащих до 5 мас. % НА, исследованы в процессах массопереноса метанола и метилацетата, используя методы сорбции и первапорации. Показано, что сорбционно-диффузионные характеристики мембран улучшаются при включении частиц наноалмазов в ПА матрицу. Данные экспериментов по первапорации смеси метанол–метилацетат использованы для расчета классических параметров: удельная производительность и фактор разделения, а также для расчета проницаемости и селективности, характеристических свойств исследуемой системы мембрана–пенетрант, нормированных по движущим силам. Максимальные значения удельной производительности и фактора разделения получены для мембраны, содержащей 3 мас. % НА. Установлено, что характеристические свойства системы мембрана–пенетрант способствуют селективному массопереносу смеси метанол–метилацетат при использовании ПА/НА мембран.

Теоретически рассмотрена возможность проведения обмена плазмы крови в трехканальном противоточном конвективно-массообменном аппарате (КМОА). Указаны принципиальные преимущества КМОА по сравнению с плазмофильтром. Расчеты по математической модели показывают возможность достижения в КМОА степени плазмообмена до 90% и выше при отсутствии сгущения крови и практически любых потоках, включая малые, отбираемой и возвращаемой пациенту крови, что очень важно в подобных процедурах.

Показана возможность использования ацетатцеллюлозных мембран (АЦМ) в качестве матрицы при твердофазном люминесцентном определении пирена в водно-мицелярных средах. Изучено влияние концентрации различных поверхностно-активных веществ (ПАВ) – анионного додецилсульфата натрия (ДСН), катионного цетилтриметиламмоний бромида (ЦТАБ) и неионогенного полиоксиэтилен (10) моно-4-изооктилфенилового эфира (TX-100) – на флуоресценцию пирена в водно-мицеллярных растворах до и после сорбционного концентрирования и в сорбированном состоянии на АЦМ. Установлено, что повышение интенсивности флуоресценции пирена на твердофазной матрице обусловлено солюбилизацией пирена в гемимицеллы ПАВ, образующиеся на поверхности сорбента. Наибольшая степень извлечения пирена на АЦМ достигается в присутствии мицелл катионного ЦТАБ. АЦМ имеет отрицательное значение поверхностного потенциала (‾ 31.5 ± 2.5 мВ), что влияет на степень извлечения углеводорода. Степень извлечения и индекс полярности микроокружения молекул пирена в растворах уменьшаются в ряду ЦТАБ → ДСН → TX-100.

Статья посвящена изучению проблемы определения осмотического давления сложных по составу растворов на примере пищевых водных сред, таких как плодоовощные соки, молочная сыворотка и лактоза. Показана актуальность задачи определения осмотического давления как критического параметра, определяющего эффективность процесса мембранного разделения многокомпонентных водных минерально-органических растворов. Разработан авторский метод определения осмотического давления сложных по составу растворов. Показана связь осмотического давления плодоовощных соков и молочной сыворотки с содержанием в них низкомолекулярных растворенных веществ – сахаров и ионов солей. Разработана лабораторная установка для исследования процесса обратного осмоса. Проведены эксперименты со свежими плодоовощными соками, творожной и подсырной сывороткой и лактозой динамическим методом с использованием обратноосмотической ацетатцеллюлозной мембраны с ассиметричной структурой. Приведены показатели исходного и конечного продуктов после ультрафильтрации. На основании экспериментальных данных построены зависимости осмотического давления плодоовощных соков, молочной сыворотки и лактозы от концентрации сухих растворенных веществ. Приведено обсуждение полученных результатов.

В данной работе представлена, разработанная автором, лабораторная установка, позволяющая создавать одинаковое с обеих сторон мембраны избыточное гидравлическое давление. С ее помощью для системы ультрафильтрационный пермеат молочной сыворотки/дистиллированная вода было определено критическое давление при котором поры гидрофобной мембраны МФФК-3 (ЗАО НТЦ “Владипор”, Россия) заполнялись жидкой фазой. Это значение равно 0,6 МПа. Приняв ряд допущений, предположено, что до наступления критического давления поры мембраны частично заполняются жидкой фазой с обеих сторон. Это приводит к уменьшению расстояния между менисками “горячего” и “холодного” растворов внутри поры, что теоретически увеличивает производительность. Также для этой мембраны определен критический перепад гидравлического давления (LEP), величина которого 130 и 50 кПа для дистиллированной воды и ультрафильтрационного пермеата молочной сыворотки соответственно.

Исследована возможность снижения платиновой загрузки каталитических слоев топливных элементов с полимерной электролитной мембраной при достаточной газопроницаемости и повышенной электрической и протонной проводимости. Формирования Pt-C тонких каталитические слоев осуществлялось путем одновременного распыления пироуглерода (МПГ) и платины на обе стороны поверхности мембраны, а также на поверхности газодиффузионной бумаги. Метод магнетронного распыления является весьма перспективным для создания Pt-C каталитических слоев в мембранно-электродных блоках (МЭБ) с низкой платиновой загрузкой – менее 0.05 мг/см². Показано, что основные параметры, определяющие электронные свойства пленочного катализатора, зависят от пористости, температуры и стехиометрического состава каталитических слоев.

Проведено исследование структуры и свойств дисперсий исходных и ковалентно модифицированных многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ) в N,N-диметилацетамиде (ДМАА), N-метил-2-пирролидоне (МП), N,N-диметилформамиде (ДМФА) и воде. Показано, что наибольшей устойчивостью и наименьшим размером частиц характеризуются дисперсии в МП. Изучение дисперсий МУНТ в ДМАА с различными диспергирующими полимерами: поливинилпирролидоном (ПВП), полиэтиленгликолем, блоксополимерами полиэтиленгликоля и полипропиленгликоля различных молекулярных масс, этилендиамин тетракис(этоксилат-блок-пропоксилат) тетролом и этилендиамин тетракис(пропоксилат-блок-этоксилат) тетролом показало, что лучшей диспергирующей способностью обладает ПВП. Установлено, что размер частиц и выход диспергированных МУНТ в ДМАА зависят от природы и молекулярной массы диспергирующего полимера, а также термодинамического качества растворителя по отношению к диспергирующему полимеру. Методом инверсии фаз получены половолоконные мембраны для ультрафильтрации на основе полисульфона с добавками МУНТ, модифицированных ПВП, который является одним из компонентов формовочных растворов. Установлено, что введение в формовочные растворы 0.00084–0.0048% МУНТ позволяет в широких пределах варьировать транспортные свойства половолоконных мембран.