Том 7, номер 5, 2017

Радикальной полимеризацией пентафторстирола получен полипентафторстирол (ППФС) (M_w = 1.7 × 10⁵ Да, M_w/M_n = 1.6, Т_g = 110°С). Структура полученного полимера подтверждена спектрами ¹H и ¹⁹F-ЯМР. Измерены коэффициенты проницаемости и диффузии газов He, H₂, O₂, N₂, CO₂, CH₄ на барометрической установке. Показано, что в ряду полимеров полистирол-поли(п-фторстирол)-ППФС с возрастанием доли атомов фтора в мономерном звене полимера возрастают коэффициенты проницаемости, диффузии и растворимости газов и убывают идеальные селективности. Эти закономерности связаны с возрастанием доли свободного объема и убыванием плотности энергии когезии в этом ряду полимеров. По сочетанию селективности проницаемости и коэффициента проницаемости для пар газов N₂/CH₄, CO₂/CH₄, O₂/N₂ и др. полимеры на основе стирола и его производных находятся на диаграммах Робсона в общем облаке точек и не представляют интерес для их разделения.

Описано получение двухслойных металлокерамических мембран с пористыми подложками из порошка нержавеющей стали и селективными слоями на основе TiO₂. Полученные мембраны обладают высокой производительностью по воздуху и дистиллированной воде. Испытания по определению допустимых перепадов давления показали, что экспериментальные образцы подложек из нержавеющей стали выдерживают перепад давления до 1.9 МПа. Токсикологические испытания мембран показали возможность применения в медицинской промышленности. Данные мембраны могут быть использованы для микрофильтрации горячих коррозионно-активных сред в качестве высокоэффективных фильтров в химических и микробиологических производствах, в качестве фильтров тонкой очистки в технологических процессах пищевых производств, процессах мембранной стерилизации и других областях.

Изучено влияние толщины мембраны из Pd–Ru сплава на поток Н₂ из бинарных смесей, содержащих около 5 и 20% СО, СО₂, СН₄ и водяного пара. Показано, что с уменьшением толщины мембраны от 30 до 10 мкм негативное влияние указанных примесей на скорость потока Н₂ возрастает. В экспериментах с чистым Н₂ установлено, что снижение толщины мембраны не влияет на природу лимитирующей стадии в механизме потока Н₂. Эффективные величины энергии активации Н₂-проницаемости мембран толщиной 30 и 10 мкм составляют соответственно 13.6 и 23.4 кДж/моль. Предложена математическая модель, описывающая поток водорода из бинарных смесей через мембраны различной толщины при варьировании температуры и давления.

Изучен процесс электродиализа 0.005 М раствора хлорида меди(II), моделирующего сточную воду гальванического производства. Превышение предельного тока на катионообменной мембране МК-40 приводит к образованию на поверхности мембраны осадка гидроксида меди, который, катализируя реакцию диссоциации воды, вызывает подкисление раствора в камере концентрирования. Показано, что мембрана МА-40 вследствие комплексообразования с функциональными группами сорбирует до 15 вес. % меди. В процессе электродиализа при сверхпредельных токах мембрана МА-40 становится источником поступления протонов в камеры обессоливания, а ее сопротивление возрастает вследствие образования в крупных порах гидроксида и/или оксида меди.

Данное исследование посвящено изучению процесса синтеза композитных материалов на основе нанотрубок серебра и ПЭТФ трековых мембран. Проведено систематическое исследование каталитических свойств полученных композитов на примере реакции разложения пероксида водорода. Рассматривается изменение каталитических свойств композитов в зависимости от плотности пор исходного ПЭТФ темплата и продолжительности химического темплатного синтеза нанотрубок серебра. Структура Ag/ПЭТФ ТМ была исследована методом РЭМ, фазовый состав и размерность кристаллитов – методом рентгеновской дифракции. При исследовании кинетических параметров реакции в температурном диапазоне 25–45°С были рассчитаны значения энергии активации как композитных образцов, так и пленки ПЭТФ с осажденными на поверхности наночастицами серебра, минимальное значение энергии активации было найдено для композитов Ag/ПЭТФ ТМ с плотностью пор 1 × 10⁹ ион/см². Определены оптимальные условия, позволяющие синтезировать композитные катализаторы Ag/ПЭТФ ТМ, сохраняющие целостность и механическую прочность при проведении испытаний, а также обеспечивающие максимально быстрое протекание исследуемой реакции. Проведено исследование стабильности свойств катализаторов, показано, что при 25°C активность уменьшается на 35% после третьего цикла испытаний.

Изучено изменение свойств ионообменных мембран, предотвращающих отрицательное влияние продуктов анодных реакций на электроизвлечение золота на углеродные волокнистые катоды из: 1) сернокислых тиомочевинных элюатов, образующихся при добычи золота из руд, 2) цитратнофосфатных промывных растворов золочения изделий электронной техники. С использованием электронной микроскопии, микроанализа и атомно-абсорбционного анализа показано, что основной причиной, вызывающей изменения свойств мембран в процессе их эксплуатации является включение компонентов обрабатываемых растворов и продуктов электродных реакций в мембрану. Определен ресурс использования мембран в указанных процессах.

Исследованы состав и свойства водомасляной эмульсии. Проведена ультрафильтрация водомасляной эмульсии с помощью рулонной и половолоконной мембраны с разделением эмульсии на фильтрат и концентрат. Исследовано влияние рН на показатели эффективности процесса ультрафильтрации: производительность и степень разделения нефтепродуктов и неионогенных ПАВ. Выявлено, что увеличение водородного показателя эмульсии приводит к снижению производительности мембран и снижению степени разделении неионогенных ПАВ. Установлено, что мембрана марки “Raifil UF” эффективно задерживает нефтепродукты из эмульсии в кислой среде, а мембрана марки “ЭМУ 45-300” наоборот, в щелочной среде. Данное обстоятельство связано с положительным зарядом поверхности мембраны “ЭМУ 45-300”. В диапазоне водородного показателя эмульсии от 2.1 до 2.9 рН достигается максимальная производительность и степень разделения эмульсии от нефтепродуктов и неионогенных ПАВ с помощью ультрафильтрационной мембраны марки “Raifil UF”, и от 2.2 до 2.5 рН для мембраны марки “ЭМУ 45-300”. После ультрафильтрации происходит увеличение размеров частиц в фильтрате до 18 раз, что связано с коалесценцией частиц нефтепродуктов в примембранном слое из-за поляризационных явлений. Также увеличение размера частиц дисперсной фазы в фильтрате можно объяснить положительным зарядом поверхности полисульфонамидных мембран.

Проведены экспериментальные исследования разделения зрелой мелассной бражки на микрофильтрационной установке с плоскокамерным элементом и получены данные по удельному выходному потоку и коэффициенту задержания для мембран ММПА⁺ (Р = 0.05; 0.1 МПа), МПС (Р = 0.3; 0.5 МПа), МФФК (Р = 0.05; 0.1; 0.3; 0.5 МПа). Представленные зависимости удельного выходного потока от времени проведения эксперимента и трансмембранного давления для исследуемых мембран указывают на то, что в процессе разделения зрелой мелассной бражки образуется динамическая мембрана, которая служит дополнительным барьером на пути растворителя, которая со временем уплотняется и задерживает дрожжевые клетки и полисахариды, а также пропускает более 80% этилового спирта. Удельный выходной поток для мембран МФФК и МПС при разделении зрелой мелассной бражки от времени проведения эксперимента при возрастании трансмембранного давления увеличивается, что связано с ростом движущей силы процесса – рабочего давления, в отличии от мембраны ММПА⁺, на которую оказывает влияние быстрое засорение пор и адсорбционные явления, а также появление в результате действия давления деформаций в виде профилированных линий вдоль и поперек мембраны. Визуальный анализ отработанного образца мембраны МФФК, полученный при Р = 0.05 МПа и подверженный процедуре смыва дистиллированной водой динамической мембраны в течении 1200 с показывает, что на мембране после разбора аппарата образуются выделенные области у выходного участка плоского канала аппарата, которые характеризуются скоплением различных мембранообразующих веществ (дрожжей и полисахаридов). Отмечается, что чем ближе выходной участок плоского канала мембранного аппарата, тем эти области более темные, из-за большего скопления мембранообразующих частиц дрожжей и полисахаридов.