Том 5, номер 4, 2015

Работа посвящена получению тонких пленок диоксида титана методом реактивного вакуумного напыления с использованием инвертированного магнетрона постоянного тока на поверхности трековых мембран из полиэтилентерефталата и изучению их структурных и физико-химических свойств. В качестве защитного слоя, предохраняющего трековую мембрану от фотокаталитического воздействия диоксида титана, использовали пленки серебра, наносимые на поверхность мембраны методом термического вакуумного напыления. Для исследования структурных характеристик композитных мембран использованы следующие методы: растровая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ, спектроскопия комбинационного рассеяния, спектрофотометрия, атомно-силовая микроскопия. В работе исследованы эффекты фото-индуцированной гидрофилизации поверхности и каталитической декомпозиции красителя родамина 6Ж.

В данной работе мы предложили метод для оценки эффективности ионообменных смол в процессе электродеионизации. Данный метод основывается на изучении кинетики ионного обмена и включает в себя экспериментальное определение трех параметров, среди которых распределение частиц по размеру, объемная ионообменная емкость и константы скорости кинетики ионного обмена. Используя эти параметры, проводится расчет ионной проводимости, значение которой и используются для оценки эффективности ионитов. Предложенной методикой было изучено 14 марок катионообменных смол. Было показано, что наилучшими являются марки малосшитых Amberlyst BD20 и Amberlyst 131WET. Дополнительно, нами был исследован потенциальный ионообменный наполнитель в процессе электродеионизации – “гранулят”, который на 60% состоит из ионообменной смолы. Кинетика ионного обмена на лучшем образце гранулята оказалась в 12 раз медленнее, чем для лучших ионообменных смол.

Проведено численное моделирование внешнего ламинарного поперечного течения вязкой несжимаемой жидкости и конвективной диффузии растворенной примеси в модельном мембранном контакторе c упорядоченной системой монодисперсных волокон. В качестве простейшей модельной системы рассмотрен однопериодический ряд параллельных волокон, для которого рассчитаны зависимости силы сопротивления потоку и эффективности поглощения растворенного компонента волокном (числа Шервуда волокна) от расстояния между осями соседних волокон, чисел Рейнольдса и Пекле. Исследовано влияние инерционности потока и показано, что поле течения и массоперенос в контакторе могут быть описаны в рамках линейного приближения Стокса до тем больших чисел Рейнольдса, чем плотнее система волокон. В стоксовом приближении поле скоростей не зависит от числа Рейнольдса и описывается простыми формулами, полученными в рамках ячеечной модели Кувабары для гексагональной решетки волокон или формулами Мияги для ряда волокон.

В рамках данной работы были синтезирован систематический ряда сополимеров 1-триметилсилил-1-пропина (ТМСП) и 1-(3,3,3-трифторпропилдиметилсилил)-1-пропина (ТФПС) с содержанием ТФПС звеньев в конечном полимере в диапазоне от 0 до 46 мол. %. Полученные образцы были охарактеризованы различные физико-химическими методами, включая ЯМР, ИК-спектроскопию, ДСК. Было показано, что с ростом доли ТФПС звеньев наблюдается снижение доступного свободного объема полимера с 30.4 до 19.1%. При этом газотранспортные свойства полученных мембранных материалов уменьшаются в 30 (кислород), 50 (азот) и 15 (углекислый газ) раз, при этом селективности для пар газов O₂/N₂ и CO₂/N₂ увеличивается с 1.6 до 2.5 и с 2.5 до 11.5 соответственно. При исследовании процесса нанофильтрации органчиеских сред было найдено, что проницаемости этилового спирта через материал сополимера ТФПС-со-ТМСП снижаются не более, чем на 30%, что сопоставимо с относительным снижением доли доступного объема в полимере. Увеличение содержания ТФПС звеньев позволило улучшить стабильность мембранного материала в среде этанола (степень набухания снизилась с 61 до 39%), что сопровождалось ростом значений коэффициента задержания анионного красителя Orange II (350 г/моль) с 89 до 94%.

В статье представлены результаты исследования состояния воды в композиционной ацетат целлюлозной мембране МГА-95 методами ИК-спектрометрии и термогравиметрии. Сделаны выводы, что вода, играя роль пластификатора, структурирует макромолекулы аморфной фазы ацетат целлюлозной мембраны, осуществляет ее переход в жидкокристаллическую фазу, образуя дополнительные капиллярные пространства.

В работе изучено влияние соотношения компонентов на проницаемость и краевой угол смачивания ультрафильтрационных половолоконных мембран из полисульфона модифицированных межфазной поликонденсацией триэтилентетрамина и изофталоилхлорида. Установлено, что зависимость коэффициента задерживания от соотношения мономеров в диапазоне ТЭТА : ИФХ = 1 : 28–20 : 1 имеет два максимума. Первый максимум задерживания находится в узком интервале соотношений ТЭТА : ИФХ, близких к 7 : 1. Второй максимум задерживания наблюдается в достаточно широком интервале избытка ИФХ – при эквивалентном соотношении ТЭТА : ИФХ = 1 : (5–15). Показано, что производительность мембран по воде изменяется обратно изменению коэффициента задерживания. Рассмотрено влияние средней функциональностью системы на изменение селективных свойств модифицированных мембран. Установлена корреляция между гидрофильностью и проницаемостью модифицированных мембран: при уменьшении краевого угла смачивания возрастает производительность по воде, коэффициент задерживания при этом уменьшается.

Исследованы газотранспортные свойства мембран на основе смеси двух кремнийуглеводородных полимеров – политриметилсилилпропина и поливинилтриметилсилана. Проницаемость мембран по N₂ и СO₂ уменьшается на два порядка, а селективность СO₂/N₂ возрастает почти в три раза с увеличением содержания поливинилтриметилсилана от 0 до 100%. Обнаружен эффект объемной контракции мембран. Результаты экспериментов и расчетов показали, что свойства мембран во всем диапазоне концентраций хорошо согласуются с моделью проницаемости однофазной смеси. Результаты исследования открывают возможность получения мембран ПТМСП/ПВТМС с устойчивыми газоразделительными свойствами, сочетающими высокую проницаемость ПТМСП и достаточно высокую селективность ПВТМС.

В работе рассматриваются каталитические свойства композитных материалов, полученных в результате химического осаждения серебра и золота в наноразмерные каналы трековых мембран на основе полиэтилентерефталата (ПЭТФ). Использование раствора активации на основе восстановителя тетрагидрата двойной натриево-калиевой соли винной кислоты позволило синтезировать композиты состава ПЭТФ/Ag/Au. На основе данных растровой электронной микроскопии, рентгеновской дифрактометрии и энергодисперсионного анализа определены размерность (толщина стенок), структура и состав осажденных металлических нанотрубок. На примере модельной реакции жидкофазного восстановления п-нитрофенола изучена каталитическая активность синтезированных композитов, исследована зависимость данного параметра в зависимости от толщины стенок нанотрубок. Показано, что композит смешанного состава ПЭТФ/Ag/Au позволяет наиболее полно и быстро провести реакцию, причем активность катализатора остается достаточно высокой на протяжении пяти последовательных циклов испытаний.

Представлены результаты исследования характеристик ПД-сенсоров на основе перфторированных сульфокатионитных мембран МФ-4СК, в том числе содержащих наночастицы оксида кремния с фукционализированной поверхностью, в растворах НCl, NaCl, KCl, CaCl₂ и моногидрохлорида лизина. Выявлено превалирующее влияние степени гидратации неорганических катионов на величину отклика ПД-сенсора в индивидуальных растворах электролитов. Показано, что отклик и чувствительность ПД-сенсоров на основе гибридных материалов к катионам лизина возрастают при увеличении концентрации привитых к SiO₂ аминосодержащих групп. Причиной этого является увеличение концентрации противоионов в пленке в результате снижения влагосодержания и усиление взаимодействия между противоионами и функциональными группами (сульфо-группами мембраны, амино-группами допанта) в мембране.

В работе описаны свойства гибридных мембран на основе перфторированного сульфосодержащего полимера Nafion и гидратированного диоксида титана. Мембраны были получены отливкой из раствора, содержащего частицы допанта, предварительно полученного осаждением при различных значениях pH, или прекурсора для его дальнейшего получения. Изучена зависимость проводимости этих образцов от влажности и температуры. Модификация приводит к увеличению протонной проводимости мембран, причем более высокими значениями характеризовались образцы, полученные при использовании готовых частиц TiO₂. Показано, что предыстория допанта влияет на величину проводимости: при низкой относительной влажности более высокие значения достигаются при использовании оксида с большей степенью гидратации. При введении малых количеств допанта (1.5–3 мас. %) селективность переноса катионов повышается по сравнению с немодифицированной мембраной.

Получено изображение входа высокоэнергетичных ионов Kr, Xe и Вi на поверхности полиэтилентерефталата (ПЭТФ) и слюды. Показано, что в обоих случаях изображение треков имеет вид бугорков. Образование бугорков связано с разрушением материала в области трека, образованием аморфной структуры и удалением низкомолекулярных продуктов радиолиза в виде газообразных веществ. Выдержка облученных образцов ПЭТФ в воде и слабом растворе щелочи в течение нескольких часов изменяет топографию поверхности за счет гидролиза материала и удаления продуктов радиолиза в раствор. Исследована кинетика травления треков в слабом растворе щелочи и формирование пор. Измерено электросопротивление и проницаемость треков в электролитах: KCl, LiCl, MgCl₂ и ВаСl₂.