Том 7, номер 3, 2017

В данной работе был изучен процесс растворения целлюлозы в ионной жидкости – [Emim]OAc с добавлением сорастворителя ДМСО и проанализирована возможность создания композиционных целлюлозных мембран для процесса нанофильтрации органических сред. Показано, что добавление ДМСО к [Emim]OAc приводит к снижению времени растворения, достигая минимального значения при соотношении растворителей 1 : 1. В рамках данной работы были получены мембраны композиционного типа на лавсановой подложке. Содержание целлюлозы в формовочном растворе составляло 6, 8, 12 и 16 мас. %. В зависимости от состава формовочного раствора, коэффициент задержания красителя Remazol Brilliant Blue R (626 г/моль) варьировалось от 42 до 82%.

Представлены экспериментальные данные по проницаемости водорода сквозь мембранные сплавы V₈₅Ni₁₅, V₉₀Ti₁₀, V₉₀Co₁₀ в интервале температур 623–873 K и давлениях ~4.5, 14 и 30 кПа. Приведены результаты рентгеноструктурного анализа образцов. Исследована микроструктура мембранных сплавов до и после эксперимента по водородопроницаемости.

В работе представлены результаты получения асимметричных трековых мембран на основе полиэтилентерефталата (ПЭТФ) методом двустороннего облучения на ускорителе тяжелых ионов ДЦ-60. Описан процесс настройки циклотрона для облучения полимерного материала. Описан метод получения трековых мембран асимметричного типа с разными по длине и размерами пор. Оценены прочностные характеристики полученной мембраны. В работе показана возможность использования полученной мембраны в процессах, где движущей силой является гидравлическое или осмотическое давление.

С целью повышения проницаемости и разделительных свойств мембран в процессах разделения газов и термопервапорационного (ТПВ) выделения бутанола из модельных ферментационных сред, впервые были получены и экспериментально исследованы гибридные мембраны на основе полимеров с рекордно высокими значениями свободного объема политриметилсилилпропина (ПТМСП) и сверхсшитого полистирола (ССПС). Для получения композитных мембран использовался промышленный сорбент Macronet™ MN-200 фирмы Purolite Ltd., с высокой сорбционной способностью по отношению к органическим растворителям. Установлено, что в гибридных мембранах частицы ССПС сорбента неоднородно распределены по объему и находятся в поверхностном слое мембраны. Показано, что введение малого количества модифицирующего компонента (0.5–1.0 мас. %) в матрицу ПТМСП позволяет увеличить стабильность транспортных свойств во времени и коэффициенты проницаемости материала в 1.5–2 раза по легким газам (N₂, O₂, CO₂, CH₄) и по парам бутана. Установлено, что для гибридных ПТМСП/ССПС мембран характерны более высокие значения фактора разделения, по сравнению с ПТМСП мембранами, при термопервапорационном (ТПВ) разделении бинарной смеси бутанол/вода.

Засорение (фаулинг) мембран, применяемых в пищевой промышленности (образование органических коллоидных частиц в порах и на поверхности мембран), является существенным фактором, сдерживающим развитие мембранной технологии. Предложена модель для описания влияния таких частиц на электропроводность и диффузионную проницаемость. В основе лежит микрогетерогенная двухфазная модель, которая строится на представлениях неравновесной термодинамики и теории эффективной среды. Модель учитывает наличие (1) гелевой фазы, содержащей полимерную матрицу и фиксированные ионы, заряд которых компенсируется подвижными ионами, а также (2) электрически нейтрального раствора, заполняющего межгелевые промежутки. Каждая из фаз характеризуется своими собственными термодинамическими и кинетическими параметрами. Модель учитывает изменения в значениях этих параметров, которые происходят при образовании в мезо- и макропорах наноразмерных органических частиц в результате фаулинга. Предполагается, что коллоидные частицы, формирующиеся в межгелевом растворе, вызывают снижение подвижности ионов. Кроме того, эти частиц могут депротонировать часть фиксированных ионов, уменьшая тем самым обменную емкость мембраны. Высокая гидратация этих частиц вызывает увеличение объемной доли межгелевых промежутков. Подбор соответствующих параметров модели позволяет добиться хорошего согласия расчетов с экспериментом.

Методом частотного спектра электрохимического импеданса исследовано влияние органических, неорганических, а также гибридных каталитических добавок на вольт-амперную характеристику биполярной области промышленных биполярных мембран МБ-1, МБ-3 и аналогов биполярной мембраны МБ-2. Показано, что введение добавок, ускоряющих реакцию диссоциации воды, в биполярную область позволяет получить биполярные мембраны с более низким рабочим напряжением, чем у промышленных биполярных мембран.

Приведены результаты работ по изучению возможности применения ранее разработанной автором технологии осаждения карбоната кальция на “затравке” для утилизации концентратов существующих установок обратного осмоса. В современных установках обратного осмоса для предотвращения образования на мембранах осадка карбоната кальция используются ингибиторы, роль которых состоит в адсорбции на поверхности образующихся кристаллов и замедлении их роста. Присутствие ингибиторов в концентрате замедляет скорость роста “затравочных” кристаллов и затрудняет процесс утилизации концентрата. Для увеличения скорости кристаллизации необходимо увеличить пересыщение раствора или увеличить количество вносимых кристаллов “затравки”. Исследованы зависимости скоростей роста карбоната кальция в концентрате, содержащем ингибирующие вещества, от дозы вводимой “затравки”, величины выхода фильтрата и значения рН. Проведено сравнение различных ингибиторов по эффективности и выбран наиболее подходящий для рассматриваемого процесса тип ингибитора. Приведены результаты сравнения затрат на эксплуатацию установки обратного осмоса с утилизацией концентрата в зависимости от используемого типа ингибитора.

Описано получение трубчатых микрофильтрационных мембран из коррозионно-стойкой стали ПХ18Н15 методом радиального изостатического прессования и магнетронного ионно-плазменного напыления поверхностного слоя. Методом сканирующей электронной микроскопии исследована структура подложки и поверхностных слоев мембраны. Определена производительность трубчатых мембран, составившая 1.39 × 10^–8, 1.88 × 10^–8 и 5.53 × 10^–8 м³/(м² Па с) для мембран с размером пор 1, 5 и 20 мкм соответственно. Показана возможность регенерации трубчатых мембран и восстановления их производительности путем обратной промывки. Определен ресурс работы мембран с различным размером пор при очистке подпиточной воды комплекса подготовки проб теплоносителя первого контура водо-водяного энергетического реактора.

Получены экспериментальные данные по удельному потоку через мембраны УПМ-50М, УФМ-50, ОПМН-П и ОФАМ-К в зависимости от градиента давления при разделении послеспиртовой мелассной барды. В процессе разделения мелассной барды образуется текучая динамическая мембрана над поверхностью активного слоя исследованных полупроницаемых перегородок, которая с ростом давления уплотняется и служит дополнительной мембраной. Представлены доказательства применения обратноосмотической мембраны ОФАМ-К при эффективном рабочем давлении Р = 4.0 МПа при разделении послеспиртовой мелассной барды по сравнению с мембранами ОПМН-П, УПМ-50М, УФМ-50 на основе критериев эффективности (экологичность, экономичность, импортозамещение, получение обесцвеченного потока (объема) пермеата с хорошими проницаемыми и задерживающими показателями по растворенным веществам), опирающиеся на результаты статистической обработки экспериментальных данных.