Том 5, номер 2, 2015

Золь–гель синтез с участием тетраэтоксисилана и гетероароматических производных сульфокислот (2-фенил-5-бензимидазолсульфокислота и 3-пиридинсульфокислота) в присутствии ортофосфорной кислоты и поливинилбутираля привел к получению мембран, обладающих протонной проводимостью. Мембраны представляют собой гели, состоящие из полимерной матрицы поливинилбутираля, в которой равномерно распределены частицы диоксида кремния, в трехмерную структуру которого, механически встроены молекулы гетероароматических производных сульфокислот. Синтезированные на основе 2-фенил-5-бензимидазолсульфокислоты и 3-пиридинсульфокислоты мембраны характеризуются: удельной электропроводностью при 353 К 0.1 ? 10^-2 и 0.55 ? 10^-2 См/см, ионообменной емкостью 2.70 и 1.84 мг-экв/г, энергией активации протонного переноса 24.93 и 21.73 кДж/моль, при относительной влажности 50% прочность при разрыве составляет 6 и 4 МПа, модуль упругости – 128 и 191 МПа соответственно.

Предложен метод расчета внешнего массопереноса в контакторе при поперечном стесненном обтекании половолоконных мембран потоком вязкой несжимаемой жидкости (газа) при малых числах Рейнольдса. Метод основан на представлении коллектива половолоконных мембран гексагональной системой параллельных волокон, для которой применима ячеечная модель Кувабары с известным полем течения. Рассмотрены асимметричные мембраны с внешними макропористыми проницаемыми подложками. В рамках модели найдено решение задачи о внешнем обтекании стоксовым потоком половолоконной мембраны в ячейке с учетом гидродинамической проницаемости подложки. Для описания течения снаружи и внутри подложки использована сшивка общих решений уравнений Стокса и Бринкмана. На поверхности малопроницаемой мембраны ставилось условие скольжения Саффмана. Получены зависимости для функций тока, компонент скорости и силы сопротивления потоку от плотности упаковки волокон, проницаемости и толщины подложки. Для найденного поля течения рассчитана эффективность поглощения растворенного компонента волокном η. На обтекаемой поверхности мембраны принималась нулевая концентрация компонента (приближение полного поглощения). Рассчитаны зависимости η от диффузионного числа Пекле, проницаемости и толщины подложки, плотности упаковки волокон. Проведено прямое трехмерное моделирование конвективного массопереноса при малых числах Рейнольдса в контакторе, и показано, что ячеечная модель применима для расчета контактора с преимущественно двумерным поперечным потоком.

В работе экспериментально исследован и теоретически проанализирован процесс нанофильтрации водно-этанольной смеси разного состава при трех перепадах давления через нанопористую мембрану на основе поли(1-триметилсилил-1-пропина). Предложена математическая модель процесса возникновения течения и найден порог протекания в зависимости от физико-химических и геометрических характеристик мембранной системы. Модель предполагает постепенное раскрытие пор мембраны при увеличении давления и концентрации спирта в смеси и может учитывать распределение молекул спирта по сечению пор мембраны. Получено хорошее соответствие теоретических и экспериментальных результатов.

Данная работа была посвящена формированию ориентированных наноструктур йодноватой кислоты (НIO₃) на трековых мембранах. Проведенные исследования показали, что методом принудительного течения пересыщенных кристаллизационных растворов через поры трековых мембран можно осуществить выращивание игольчатых микрокристаллов, имеющих ограненную форму, поперечные размеры и направления преимущественного роста, соответствующие диаметрам и направлениям пор трековой мембраны.

Исследована перекрестная чувствительность потенциометрических ПД-сенсоров (сенсоров, аналитическим сигналом которых является потенциал Доннана) на основе катионообменных мембран МФ-4СК и Nafion, содержащих наночастицы гидратированного ZrO₂, к ионам щелочных растворов аминокислот (глицина, аланина и лейцина). Варьирование концентрации ZrO₂ в мембранах позволило выбрать пары ПД-сенсоров, имеющие достаточно высокую чувствительность к анионам аминокислот и катионам K⁺ в растворах Gly + KOH, ?-Ala + KOH и Leu + KOH, а также наименьшую корреляцию между откликами сенсоров. Пары ПД-сенсоров были использованы для совместного определения анионов аминокислот и катионов K⁺ в щелочных растворах.

Описана технология удаления из концентрата обратноосмотических установок карбоната кальция путем его кристаллизации на затравке. Кристаллы затравки находятся во взвешенном состоянии в циркулирующем потоке концентрата. Благодаря осаждению карбоната кальция на затравке снижаются жесткость и общее солесодержание концентрата, а также достигаются высокие значения выхода фильтрата, что облегчает утилизацию концентрата. Для осуществления технологии используются мембранные аппараты с “открытым каналом”, устойчивые к влиянию на процесс мембранного переноса осадков малорастворимых в воде солей и взвешенных веществ. Получение кристаллов затравки производится путем дозирования в концентрат раствора едкого натра. Частичное удаление выросших кристаллов затравки осуществляется отстаиванием после проведения гидравлических промывок мембран. С помощью экспериментальных графиков можно определить скорость процесса кристаллизации карбоната кальция в зависимости от состава исходной воды, количества внесенных кристаллов, величины выхода фильтрата. Предложена технологическая схема работы установки обратного осмоса в непрерывном режиме. Описаны методы технологического расчета установки: подбор количества циркулирующих кристаллов затравки, определение расхода едкого натра и размеров емкостей для отстаивания осадка карбоната кальция. Расчеты показали, что для проведения процесса кристаллизации карбоната кальция при работе установки обратного осмоса в непрерывном режиме в циркулирующий поток концентрата периодически дозируется раствор едкого натра в количестве, составляющем не более 5% от его стехиометрического количества, требуемого для осаждения того же количества карбоната кальция из исходной воды.

В ряде районов в природных источниках воды присутствуют радионуклиды естественного (природного) происхождения в концентрациях, превышающих предельно-допустимые нормы для питьевой воды.

Были проведены исследования степени прививки мономера стирола к полимерной пленочной матрице PVDF при радиационном воздействии ионов гелия с энергией 27 МэВ. Прививка стирола проводилась двумя способами: при прямом воздействии ионов гелия на полимер, помещенный в раствор мономера стирола, и на “пост-эффекте”, когда полимер облучался в среде вакуума, воздуха и аргона. Представлены экспериментальные зависимости степени прививки от поглощенной дозы, среды облучения, состава прививочного раствора. Приводятся результаты микроскопических, спектроскопических ИК и УФ исследований. Показано, что прямой метод прививки стирола к пленкам PVDF, дает более высокие результаты степени прививки чем прививка на “пост-эффекте”.