Том 9, номер 4, 2019

Разработка и внедрение методики экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО) для лечения пациентов в критических состояниях позволяет эффективно и безопасно поддерживать газообменные процессы в крови в течение длительного времени. Одним из основных компонентов установки для проведения ЭКМО является газопроницаемая мембрана, являющаяся барьером, отделяющим кровь от газовой фазы. Начиная с 50-х гг. прошлого века и до настоящего времени, развитие этой технологии было направлено на повышение безопасности и продолжительности ис- пользования мембран, что привело к созданию оксигенаторов, обеспечивающих поддержку жизни в течение нескольких недель. Данный обзор посвящен развитию технологии экстракорпоральной мембранной оксигенации, включая вопросы выбора материала, методов повышения их гемосовместимости и подходов к конструкции мембранного контактора.

Работа посвящена химической модификации полимеров 1,2-дизамещенных ацетиленов для создания газоразделительных мембран, обладающих повышенной устойчивостью к алифатическим углеводородам и селективностью по отношению к СО₂. Показана принципиальная возможность получения полиацетиленов, содержащих атомы хлора в составе боковых заместителей поли(1-триметилсилил-1-пропина) [ПТМСП] и поли(4-метил-2-пентина) [ПМП] методом радикального хлорирования под действием N-хлорсукцинимида. Реакция проводилась в мягких условиях, минимизирующих возможность деструкции полимера и других побочных процессов. Полученные поли- меры проявляют хорошие механические, пленкообразующие свойства и термическую стабильность. Хлорсодержащий ПТМСП обладает повышенной устойчивостью к алициклическим и алифатическим углеводородам С₅–С₁₂, а при хлорировании ПМП сохраняется устойчивость к алифатическим и ароматическим углеводородам. Показано, что при введении хлора в структуру ПТМСП и ПМП возрастает селективность разделения пар газов CO₂/N₂ и CO₂/CH₄ при сохранении высокого уровня проницаемости.

Получены перфторированные сульфокатионообменные мембраны МФ-4СК, содержащие 0.5–3.0% углеродных нанотрубок (УНТ). Выявлена корреляция между влагосодержанием, транспортными свойствами мембран в K⁺-форме и чувствительностью ПД-сенсоров (аналитический сигнал – потенциал Доннана) к определяемым и мешающим ионам в растворах гидрофобных аминокислот аланина, валина и фенилаланина. Выбраны образцы гибридных мембран, обеспечивающие наибольшую чувствительность ПД-сенсоров к катионам и цвиттерионам аминокислот и наименьшую чувствительность к ионам гидроксония при рН < 7 в диапазоне концентраций 1.0 × 10^–4–1.0 × 10^–1 М. Модификация мембран позволила снизить относительную погрешность и относительное стандартное отклонение при определении ионов аминокислот до 3 и 1.5 раз, соответственно.

Исследовано влияние электрического поля при химическом синтезе полианилина на поверхности сульфокатионитовых мембран на их структуру и свойства. Методом контактной эталонной порометрии установлено, что поверхностное модифицирование гетерогенных мембран полианилином как в статических условиях, так и во внешнем электрическом поле, не влияет существенно на распределение воды по эффективным радиусам пор и энергиям связи. Показано, что структурная неоднородность ионообменной мембраны оказывает более существенное влияние на морфологию слоя полианилина на ее поверхности и, как следствие, на электротранспортные свойства, чем условия полимеризации анилина. Обнаружено уменьшение электропроводности полученных композитов с увеличением количества пропущенного электричества в процессе синтеза полианилина на их поверхности. На основании анализа вольтамперных характеристик образцов и их электропроводности найдены условия получения материалов с наиболее выраженной асимметрией электротранспортных свойств.

Серусодержащие примеси в бензинолигроиновой фракции нефти являются причиной понижения стоимости и качества топлив, уменьшения срока службы двигателей автомобилей, а также увеличения пагубных выбросов в атмосферу. Первапорация является одним из альтернативных экономичных способов десульфурации топлив. В данной работе для первапорационного разделения модельной смеси тиофен/н-октан были разработаны гибридные мембраны на основе поли-2,6-диметил-1,4-фениленоксида и звездообразного модификатора. В качестве модификатора использовали гибридные звездообразные макромолекулы, содержащие шесть лучей полистирола и шесть лучей диблоксополимера поли-2-винилпиридин–блок–поли-трет-бутилметакрилата на общем центре ветвления фуллерен С₆₀. Структура мембран была исследована методами сканирующей и атомно-силовой микроскопии. Термические свойства изучены методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Разделительные свойства мембран были проанализированы при низких концентрациях (до 0.08 мас. %) тиофена. Показано, что введение звездообразного модификатора увеличивает эффек- тивность извлечения серусодержащей примеси из октана, являющегося основным компонентом топлив.

Изучен процесс парового риформинга этанола (ПРЭ) на биметаллических нанокатализаторах, содержащих сплавы Pd–Ru, Pd–Ni, Pt–Ru, Pt–Ni, нанесенные на наноалмазы детонационного синтеза (ДНА), в традиционном и мембранном реакторах. Исследовано влияние на выход водорода таких параметров ПРЭ, как состав катализатора, мольное соотношение вода/этанол, температура. Наибольшего выхода водорода удалось достичь в традиционном реакторе при использовании катализатора Pt–Ru/ДНА. Проведение процесса ПРЭ в мембранном реакторе с одновременным удалением водорода через мембраны из сплавов Pd–Ru или Pd–Ru–In повышает выход водорода по сравнению с ПРЭ в традиционном реакторе. При этом степень извлечения водорода из зоны ретентата составляет до 46%, а из зоны пермеата выводится поток высокочистого водорода.

Знание механизма роста кристаллов позволяет разработать эффективные методы борьбы с осадкообразованием и совершенствовать процесс очистки с использованием мембран, увеличивая величину выхода фильтрата. В настоящей статье представлены новые подходы к изучению механизма роста кристаллов в присутствии полимерных ингибиторов, исследована адсорбция молекул ингибитора на поверхностях образующихся кристаллов и мембран. Получены зависимости скоростей адсорбции ингибитора в зависимости от доз ингибитора и скорости образования осадка карбоната кальция. Впервые процесс ингибирования был “визуализирован” путем использования флуоресцентного ингибитора, содержащего флуоресцентный фрагмент – сополимера N-аллил-4-метокси-1,8 нафтальимида и акриловой кислоты (PAA-F1). Изучение поверхностей кристаллов и мембран методами сканирующей электронной и флуоресцентной микроскопии показало новые неожиданные результаты: ингибитор адсорбируется на поверхности мембран и на поверхности образующихся кристаллов кальцита. Флуоресценция оказалась более интенсивной и заметной на поверхности граней кристаллов, чем внутри кристалла. Во время фазы зародышеобразования формируется “темная” часть кристаллической решетки, которая после начинает покрываться “светящимся” слоем флуоресцентного ингибитора, который блокирует дальнейший кристаллический рост. В процессе экспериментов, проведенных с использованием растворов ингибитора в дистиллированной воде, наблюдалась сорбция ингибитора на поверхности мембраны в отсутствие ионов кальция. В экспериментах, в которых ингибитор дозировался в исходную водопроводную воду, сорбции ингибитора на мембране не происходило - ингибитор адсорбировался на поверхности образующихся кристаллов. Визуализация процесса ингибирования роста кристаллов открывает новые горизонты для изучения механизма кристаллизации и разработки новых технологий предотвращения образования отложений малорастворимых солей.

Статья посвящена изучению вопроса оптимизации процесса обратноосмотического концентрирования плодоовощных соков. Предложен метод, основанный на решении сопряженной задачи гидродинамики и массообмена. Проведены исследования на лабораторной обратноосмотической установке. Получено универсальное отношение ω = Pe_п/Pe₀ ≈ 3.5, справедливое для всех типов соков, применяемых в экспериментах, при котором мембраны имеют максимальную селективность. Установлен гидродинамический режим процесса обратноосмотического концентрирования плодоовощных соков. Предложено уравнение для расчета рабочего давления процесса. Приведено обсуждение полученных результатов.