Том 7, номер 1, 2017

Изучены физико-химические закономерности получения крупнопористой керамики и многослойных керамических материалов на основе природного диоксида кремния – кварцевого песка Беларуси, Катара, Саудовской Аравии, Монголии, Азербайджана, Туркменистана и Вьетнама. Показано, что свойства и структура крупнопористых керамических подложек определяются главным образом фазовым составом природного песка и содержанием в нем кварца. Нанесением суспензии мелкодисперсного природного диоксида кремния в водном растворе алюмосиликатного связующего сформированы мембранные слои на поверхности крупнопористой керамики. Получены микрофильтрационные мембраны со средним размером пор 3–5 мкм, коэффициентом воздухопроницаемости 10^–12–10^–13 м², производительностью по воде 10–50 м³/(ч м² бар) и прочностью на разрыв до 10 бар, которые перспективны для широкого практического использования в процессах микрофильтрации жидких сред.

Исследованы транспортные свойства ряда новых мембранных материалов на основе политриазола и полинафтоиленимида. Согласно данным импедансной спектроскопии максимальные значения ионной проводимости достигаются для сульфированного полинафтоиленимида, полученного в среде диметилсульфоксида. Показано, что допирование оксидом кремния приводит к повышению их ионной проводимости.

Для решения задачи осушки и очистки природного газа от CO₂ предложена технологическая мембранная схема, которая представляет собой двухступенчатый противоточный рециркуляционный каскад. Первая ступень является ординарным делителем, а вторая ступень представляет собой рециркуляционный двухмодульный делитель. Данная схема позволяет очистить природный газ от легкопроникающих примесей, с любой заданной степенью извлечения метана. В настоящей работе определены оптимальные значения основных параметров выбранной технологической схемы. Оценка энергоэффективности проведена с учетом эксплуатационных затрат на межступенчатую компрессию и потерь метана (в энергетических единицах).

Опреснение морской воды методом обратного осмоса широко применяется для целей питьевого и хозяйственного водоснабжения. Но образование малорастворимых солей в мембранных аппаратах по-прежнему остается одной из главных проблем, осложняющих работу мембранных обратноосмотических установок. Наиболее эффективной мерой для предотвращения образования на мембранах осадков карбоната и сульфата кальция является технология дозирования в исходную воду ингибиторов. За последние 20–30 лет разработаны различные эффективные ингибирующие вещества, но в настоящее время основным направлением исследований в этой области стала разработка новых типов реагентов, так называемых “зеленых” ингибиторов, не содержащих фосфора и легко подвергаемых биоразложению. Применение таких ингибиторов не вызывает эвтрофикации водоемов при сбросе в них концентратов обратноосмотических опреснительных установок. Применение ингибиторов стало особенно востребованным при опреснении морской воды, поскольку эта вода подвергается подщелачиванию, а повышение значения рН резко увеличивает скорость осадкообразова- ния. В настоящей работе испытаны 6 новых “зеленых” ингибиторов, не содержащих фосфора, и проведено их сравнение с традиционно применяемыми ингибиторами (Аминат-К). Представлены экспериментальные зависимости, позволяющие определить скорости образования карбоната кальция в мембранных аппаратах и сравнить эффективности различных ингибиторов в снижении скоростей при различных значениях рН.

Впервые изучены газотранспортные свойства двух новых полиамидов, включающих в основной цепи группы м-карборана. Полимеры были получены поликонденсацией карборан-дикарбоновых кислот и двух диаминов. Синтезированные полиамиды отличаются неожиданно низкими температурами стеклования (140 и 173°C). Измерены коэффициенты проницаемости (P), диффузии (D) и оценены коэффициенты растворимости (S = P/D) для ряда легких газов. Проведено сопоставления со значениями P, D и S для других ароматических полиамидов. Показано, что, судя по указанным транспортным параметрам, новые полиамиды похожи на многочисленные изученные ранее ароматические полиамиды.

Исследовано влияние параметров высокочастотной емкостной плазмы пониженного давления на разделение модельной эмульсии типа “масло в воде” с использованием полисульфонамидных мембран марки УПМ-20 с размером пор 0.01 мкм. В качестве плазмообразующего газа использовался воздух. Время плазмообработки составило 1, 5, 4 и 7 мин при напряжении на аноде плазмотрона U_a = 1.5–7.5 кВ. Разделяемая среда представляла 3%-ную эмульсию на базе индустриального масла марки “И-20А”, в качестве стабилизатора использовался ПАВ марки “Косинтол-242”. Найдено, что максимальное значение производительности отмечено в случае применения мембран, обработанных плазмой в течение 7 мин. Определено, что воздействие плазмы приводит к увеличению эффективности разделения эмульсии с 90 до 99%. Показано, что плазмообработка способствует гидрофилизации поверхности мембран за счет образования кислородсодержащих функциональных группировок. У исходной мембраны краевой угол смачивания каплей воды α = 59.6°, после обработки плазмой при U_a = 7.5 кВ в течение 4 мин α = 19.5°. Методом атомно-силовой микроскопии показано изменение структуры поверхности мембран в результате плазмообработки – уменьшение их шероховатости. Внутренняя структура мембран также претерпевает изменения – увеличивается кристалличность.

Получены композиционные мембраны путем модификации политетрафторэтиленовой мембраны гидрохлоридом анилина и исследовано влияние времени полимеризации на эффективность выделения нефтепродуктов из водомасляных эмульсий. Определено, что модификация приводит к увеличению степени удаления нефтепродуктов из эмульсии типа “масло в воде” на 29%. Определена удельная производительность исходной и модифицированных мембран по дистиллированной воде и водомасляным эмульсиям. Найдено, что с увеличением времени обработки мембран персульфатом аммония удельная производительность мембран уменьшается. Исследована поверхность модифицированных мембран с помощью сканирующего электронного микроскопа и изучен элемент- ный состав поверхности композиционной мембраны методом рентгеновского флуоресцентного анализа. Определено, что модифицирование мембраны из политетрафторэтилена гидрохлоридом анилина приводит к увеличению содержания углерода и появлению атомов азота, кислорода и серы.

Проведено сравнение разделения газовых смесей 7.7 об. % азота в аммиаке и 5.5% оксида углерода(II) в аммиаке в однокомпрессорных многоступенчатых мембранных аппаратах с одной и двумя ступенями разделения. Были определены эффективные значения селективности для указанных газовых смесей. Получены экспериментальные зависимости степени разделения от доли отбора продукта и степени очистки от доли потери продукта. Показано, что степень очистки возрастает при увеличении количества ступеней несмотря на то, что степень разделения на отдельных ступенях ниже, чем в единичном мембранном модуле.