Том 6, номер 3, 2016

Мембранная технология характеризуется высокой эффективностью, совместимостью различных мембранных процессов в интегрированных системах, низкими энергетическими затратами, высокой стабильностью и экологической безопасностью процессов, относительной легкостью и простотой контроля и масштабирования, а также исключительной технологической гибкостью мембранных процессов. Именно поэтому она рассматривается как перспективный метод снижения антропогенных выбросов диоксида углерода в атмосферу. Ярким примером высокоэффективных гибридных процессов с использованием мембранных технологий являются мембранные контакторы газ–жидкость. Совмещение в одном устройстве нескольких способов разделения позволяет сохранить такие преимущества мембранной технологии, как компактность и гибкость, дополнив их высокой селективностью разделения, характерной для абсорбционного метода извлечения СО₂. В данном обзоре приведены основные принципы действия и конструкции мембранных контакторов, а также рассмотрен широкий спектр материалов, мембран на их основе и абсорбционных жидко стей для процессов мембранной абсорбции/десорбции СО₂. Особое внимание уделено современным работам по выделению СО₂ из дымовых газов ТЭЦ, природного газа, биогаза и синтез–газа. Приведены примеры пилотной и полупромышленной реализации процесса абсорбции–десорбции СО₂ в мембранных контакторах.

Методом магнетронного ионно-плазменного напыления получены композиционные мембраны “сталь–TiO₂–титан”. Методом сканирующей электронной микроскопии исследована структура подложки и селективных слоев мембраны. Показано, что методом магнетронного ионно-плазменного напыления можно получать поры размером от 10 до 150 нм путем регулирования толщины напыляемого слоя. Установлено, что адгезия керамических и металлических селективных слоев к материалу подложки составляет 0 баллов по ГОСТ 31149-2014. Композиционные мембраны “сталь–TiO₂–титан” обладают высокой селективностью к высокомолекулярным веществам и модельным взвешенным частицам, производительность полученных мембран составляет порядка 100 л/(м² ч бар) при толщине напыленного слоя 1.5 мкм.

Разработаны тонкопленочные мембраны из композитов полифениленоксида с варьируемой концентрацией гетеролучевых звездообразных полимеров (1, 3 и 5 мас. %), содержащих лучи из полистирола и диблоксополимера (поли-2-винилпиридин-поли-трет-бутилметакрилат) на общем фуллерен(С₆₀)-центре. Транспортные свойства мембран исследованы в процессе разделения смеси метанол–этиленгликоль методом первапорации. Увеличение содержания звездообразного полимера в мембране приводит к росту удельной производительности мембран и фактора разделения. Сорбционные исследования показали преобладающую сорбционную активность метанола в мембранах по сравнению с таковой этиленгликоля. Включение добавок звездообразного полимера в состав мембраны приводит к увеличению степени равновесной сорбции обоих компонентов разделяемой смеси. Для исследования процесса формирования транспортных каналов в первапорационных мембранах при сорбции в дейтерометаноле впервые привлечен метод малоуглового рассеяния нейтронов. Сравнительный анализ данных рассеяния нейтронов на исходных сухих, насыщенных дейтерометанолом и высушенных после сорбции образцах показал, что мембраны из композитов характеризуются более высокой структурной однородностью по сравнению с матричным полимером. По данным сканирующей электронной микроскопии морфология мембран из композитов представляет систему замкнутых ячеек.

Экспериментально изучено влияние модифицирования мембраны Нафион 115 гидратированным оксидом кремния на ее ионную селективность, протонную проводимость и электроосмотическую проницаемость. Выявлены общие закономерности в изменении электротранспортных характеристик перфторированных мембран в растворах соляной кислоты и хлорида натрия. Выполнена теоретическая оценка “истинных” чисел переноса ионов с использованием параметров трехпроводной модели, характеризующей механизм протекания электрического тока через набухшую ионообменную мембрану, и с учетом электроосмотического переноса воды в соответствии с уравнением Скатчарда.

В настоящей работе были проведены серии экспериментов по сравнению эффективности ряда новых экспериментальных образцов ингибиторов – редкосшитых полимеров акриловой и метакриловой кислот и сшивающих агентов на основе аллиловых эфиров и других соединений, сополимера малеинового ангидрида и метакриловой кислоты с традиционно применяемыми ингибиторами на основе оксиэтиледендифосфоновой кислоты, нитрилотрифосфоновой кислоты и промышленного ингибитора “Аминат-К”. Представлены результаты экспериментального изучения кинетики обра- зования и роста кристаллического осадка карбоната кальция в присутствии ингибиторов и без них в зависимости от состава обрабатываемой воды и величины выхода фильтрата. Эксперименты проводились с использованием воды из московского водопровода. Представлены уравнения, позволяющие определять скорости образования осадков карбоната кальция в мембранных аппаратах в присутствии ингибитора в зависимости от химического состава обрабатываемой воды и величины выхода фильтрата, а также рекомендовать время работы установок до проведения химических промывок.

В работе представлены и обсуждены результаты экспериментального исследования газоразделительных свойств полимерных пленок на основе частично-кристаллического полимера поли-4-метилпентена-1 (ПМП) с Т_ст = 30°С в диапазоне температур от –20 до 80°С для постоянных газов и некоторых низших углеводородов. Эксперименты проведены дифференциальным методом проницаемости с определением коэффициентов диффузии методами характерных времен и функционального масштабирования. Показано, что ПМП как двухфазная система может быть охарактеризована одним коэффициентом диффузии, который включает диффузионные вклады аморфной и кристаллической фаз. Показано также, что, несмотря на стеклование (фазовый переход) при 30°С, температурные зависимости коэффициентов проницаемости для исследуемых газов экспоненциально увеличиваются с температурой и не фиксируют излома в области стеклования. С другой стороны, коэффициенты диффузии в координатах уравнения Аррениуса фиксируют перегиб, охватывающий зону стеклования ПМП, при этом при повышении температуры энергия активации диффузии понижается. Этот факт демонстрирует необычный эффект увеличения энергии активации диффузии E_D газов ниже Т_ст, который ранее не описан.

Данное исследование посвящено изучению влияния условий электрохимического шаблонного синтеза (разность потенциалов и температура раствора электролита) на структурные и проводящие свойства нанотрубок на основе кобальта. В качестве шаблонной матрицы были использованы трековые мембраны на основе полиэтилентерефталата с плотностью пор 1 × 10⁹ ион/см². Методы растровой электронной микроскопии, рентгеновской дифрактометрии и энергодисперсионного анализа были использованы для качественного и количественного анализа размерности, химического состава и кристаллической структуры синтезированных образцов. Предложены оптимальные условия синтеза, удовлетворяющие созданию нанотрубок кобальта с минимальной кристаллографической анизотропией. Показано, что, контролируя условия синтеза путем изменения температуры раствора электролита и разности прикладываемых потенциалов, можно изменять электрические и проводящие свойства нанотрубок кобальта, которые имеют перспективное направление в качестве магнитных носителей информации, сверхточных сенсоров магнитного поля и оптических устройств.

Латентные треки и трековые мембраны, как образования микро- и нанометрового диапазона, представляют собой перспективные объекты для исследований. Особенность таких структур заключается и в том, что они имеют дискретный характер. По мере удаления от оси трека физические и химические характеристики таких образований меняются до исходных значений. Размер треков также зависит от массы и энергии высокоэнергетичных ионов. Так, например, для ионов Кr с энергией 1‒2 МэВ/а. е. м. максимальный размер, по предварительным данным, составляет 50 нм. Целью данной работы является изучение изменений в области трека по мере удаления от траектории движения иона.

Описан ряд электромембранных процессов, используемых для регенерации и очистки электролитов хромирования на основе хромовой кислоты, ее рекуперации из промывных вод, а также решение проблемы стабилизации химического состава электролитов хромирования на основе солей трехвалентного хрома с использованием электромембранного метода.

В настоящей работе проведено критическое сравнение первапорации и парофазного мембранного метода выделения биоспиртов из разбавленных водно-спиртовых растворов. Показана важность учета диаграммы равновесия жидкость–пар при проведении исследований разделения бинарных водно-спиртовых жидких сред указанными методами. Проанализированы опубликованные ранее результаты экспериментального исследования переноса паров воды, этанола и н-бутанола в гидрофобных мембранах на основе стеклообразных полимеров поливинилтриметилсилана (ПВТМС), поли(1-триметилсилил-1-пропин)а (ПТМСП) и поли(4-метил-1-пентин)а (ПМП). Представлены схемы парофазного мембранного процесса выделения этанола и бутанола из ферментационных сред для случаев применения водо-селективных и спирто-селективных мембран, а также результаты математического моделирования указанного процесса и оценки энергозатрат.