Том 7, номер 4, 2017

8 мая 2017 года исполнилось 70 лет члену редакционной коллегии журнала “Мембраны и мембранные технологии” Заболоцкому Виктору Ивановичу.

Использование лигноцеллюлозной биомассы представляется одной из перспективных технологий для получения энергоносителей (биоспирты, биосингаз) и ценных химических реагентов. Представляется, что лигноцеллюлозные биотоплива призваны в существенной степени заменить нефть с целью рационального потребления природных энергоносителей и улучшения экологии. В цепочке “биореактор–мембранный разделитель–каталитический реактор (конвертор)” все стадии рассматриваются как ключевые: 1) предобработка лигноцеллюлозы и разработка ферментации, включая культивацию новых штаммов бактерий; 2) создание энергоэкономных паро(газо)фазных мембранных систем для (а) концентрирования биоспиртов и (б) регулирования состава биосингаза; 3) разработка каталитических систем для превращения биоспиртов в компоненты моторного топлива. В рамках краткого обзора рассматриваются следующие последовательные задачи: – основные подходы к предобработке лигноцеллюлозной биомассы для подготовки ее к сбраживанию и к ферментативной переработке лигноцеллюлозы, включая культивирование новых штаммов бактерий и их сообществ, с получением биоспиртов – этанола и бутанола, а также термохимические методы переработки лигноцеллюлозы с получением продуктов в виде сложных смесей; – разработка энергоэффективного мембранного концентрирования биоспиртов с применением гидрофильных и/или органофильных полимерных мембран, а также регулирование состава сингаза в виде многокомпонентной газовой смеси с применением коммерческих газоразделительных мембран; – разработка каталитических систем, проявляющих высокую селективность в реакциях превращения этанола в алкановые и ароматические углеводороды, являющиеся высококачественными добавками к моторному топливу, и ценные олефины, в т.ч. этилен, пропилен и линейные альфа-олефины до С₁₀.

Золь–гель синтезом с участием тетраэтоксисилана и сульфированных суспензионных сополимеров стирола с аллилглицидиловым эфиром получены мембраны, обладающие протонной проводимостью. Мембраны представляют собой гели, состоящие из полимерной матрицы, в которой равномерно распределены частицы диоксида кремния. Синтезированные мембраны характеризуются: удельной электропроводностью до 4.21 × 10^–2 См/см при 343 K и 75% влажности, ионообменной емкостью – 3.5 мг-экв/г, энергией активации протонного переноса – 25.2 ± 2.6 кДж/моль, термической устойчивостью до 130°C, механической прочностью (модуль упругости при растяжении – 322 МПа).

Проведено сравнение разделения газов CO₂/N₂ и CO₂/CH₄ с использованием пористых мембран с иммобилизованными ионными жидкостями 1-бутил-3-метил имидазолия тетрафторборатом (bmim[BF₄]) и 1-бутил-3-метил имидазолия бис(2-этилгексил)сульфосукцинатом (bmim[doc]). Экспериментально получены температурные зависимости коэффициентов проницаемости, диффузии и растворимости газов, а также рассчитана зависимость селективности от температуры. Показано, что с повышением температуры для мембран на основе bmim[BF₄] наблюдается незначительное снижение селективности, а селективность разделения систем CO₂/N₂ и CO₂/CH₄ на мембранах, импрегнированных bmim[doc] практически не зависит от температуры.

Выполнены теоретические исследования закономерностей электроконвекции в гладком прямоугольном канале обессоливания электродиализатора с гетерогенными ионообменными мембранами. Построена 2D модель электроконвекции для бинарного электролита при запредельных токовых режимах в виде системы уравнения Нернста–Планка–Пуассона и Навье–Стокса. Исследовано влияние морфологии поверхности гетерогенных ионообменных мембран на вихревые структуры и на массоперенос ионов соли. Рассчитана вольтамперная характеристика гетерогенных ионообменных мембран. Показана возможность интенсификации массопереноса в мембранном канале путем совершенствования морфологии поверхности гетерогенных ионообменных мембран. Методом вращающегося мембранного диска исследованы сильноосновные гомогенная мембрана АМХ и модифицированная гетерогенная мембрана АМН-М.

Данное исследование посвящено изучению влияния геометрии пор трековых мембран (ТМ) на основе полиэтилентерефталата (ПЭТФ) на структурные, проводящие и магнитные характеристики нанотрубок (НТ) кобальта, синтезированных методом электрохимического осаждения. Установлено, что для различных форм нанотрубок кобальта наблюдаются существенные различия среднего размера кристаллитов и текстурных коэффициентов. Так, в образцах Со-НТ с цилиндрической формой пор и формой “песочные часы” доминирует гексагональная плотноупакованная (ГП) α-Co фаза, а в конусных Со–НТ преобладает гранецентрированная кубическая фаза (ГЦК) β-Co. Исследование магнитных свойств показало, что значение коэрцитивности уменьшается практически в 2 раза при переходе от цилиндрических к конусообразным формам Со–НТ, вследствие кристаллической анизотропии кристаллитов кобальта, формирующих НТ.

Представленная работа посвящена решению задачи, направленной на исследование баромембранных процессов, применяемых в производстве ультрафильтрационного творога, в последовательности микрофильтрация – ультрафильтрация, с использованием мембран российского производства. В результате проведенного исследования определены технологические параметры баромембранных процессов (скорость раствора над мембраной, рабочее давление, температура), обеспечивающие максимальную производительность и селективность микрофильтрационной бактериальной очистки обезжиренного молока и ультрафильтрационного концентрирования творожного калье. Рассмотрена возможность влияния на характеристики (проницаемость и селективность) процесса ультрафильтрации посредством приближения к изоэлектрической точке белковой фракции за счет изменения активной кислотности концентрируемого творожного калье. Подтверждена целесообразность применения процесса микрофильтрации в производстве творога, заключающаяся в повышении производительности ультрафильтрационных мембран и увеличении срока годности получаемого продукта.

Выполнено экспериментальное сравнение мембранного реактора с мембранным катализатором в режиме контактора (flow-through catalytic membrane reactor) и традиционного каталитического реактора со стационарным слоем катализатора путем сопоставления удельных констант скорости в реакции углекислотной конверсии метана. В качестве эталонных в традиционном реакторе использовали измельченный мембранный и порошкообразный катализаторы, активным веществом в которых применен карбид вольфрама. Увеличение скорости реакции в мембранном реакторе объяснено возникновением кнудсеновского транспорта, а также устройством мембранного катализатора, создающего возможность принудительного воздействия на транспорт в поровом пространстве каталитически активного вещества. Сделано предположение о том, что “разрежение” газов в порах катализатора может сопровождаться изменением равновесия и смещением процесса в сторону образования продуктов прямой реакции.