Том 9, номер 5, 2019

Получены гибридные мембраны на основе пиридинсодержащего полибензимидазола (ПБИ-Ру) и оксида кремния с поверхностью, содержащей сульфогруппы, двумя способами – отливкой раствора полимера с готовыми частицами оксида и с прекурсором для их синтеза. Изучено влияние метода получения гибридных мембран на их морфологию, проводимость в различных условиях и газопроницаемость. Показано, что модификация мембран оксидом кремния приводит к повышению проводимости при низком его содержании (2–5 мас. %) и увеличению газопроницаемости. Наибольшее значение протонной проводимости (58 мСм/см при 160°С) демонстрирует образец, полученный отливкой раствора ПБИ-Ру с прекурсором, содержащий 2 мас. % оксида кремния, модифицированного сульфогруппами. Обсуждены возможные механизмы протонного транспорта в полученных системах.

С использованием полученной ранее авторами алгебраической формулы для определения электроосмотической проницаемости ионообменной мембраны при заданной постоянной плотности тока проанализированы собственные экспериментальные результаты для экструзионной перфторированной мембраны и серии 1 : 1 водных растворов электролитов: HCl, NaCl, KCl, LiCl и CsCl. Ячеечная модель была успешно проверена с привлечением экспериментальных данных по электропроводности и электроосмотической проницаемости катионообменной мембраны МФ-4СК при заданных плотности тока и концентрации указанных электролитов. Получено хорошее совпадение теоретических и экспериментальных данных, определены физико-химические параметры ячеечной модели.

На основе экспериментальных данных и обобщениия литературной информации рассмотрены вопросы взаимодействия органических загрязнителей природной воды с нанофильтрационными и обратноосмотическими мембранами. Проведены экспериментальные исследования по определению скоростей осаждения на мембранах органических веществ различной природы (гуминовых кислот, образующих цветность) и низкомолекулярных органических соединений, характеризующихся показателем окисляемости при обработке речной воды и воды, прошедшей предочистку. Исследовано влияние материала мембран на скорости осаждения на них органических веществ. Получены зависимости, позволяющие рассчитать скорости накопления на мембранах органических веществ в зависимости от их концентрации в исходной воде, а также в зависимости от природы и молекулярного веса загрязнений, материала мембран, скоростей потока в каналах аппаратов, величины выхода фильтрата. Экспериментальное определение скоростей адсорбции органических веществ различной природы дало возможность измерить сорбционную емкость мембранной поверхности. Возможно, что при совместном загрязнении поверхности мембран осадками малорастворимых солей (карбоната кальция), коллоидных и органических веществ, соединений железа и др., воздействие комплекса загрязнений на поверхность мембран может значительно отличаться от полученных нами результатов. Прогнозирование количества органических загрязнений поможет правильно подбирать составы растворов для химических промывок мембран и устранить влияние органических веществ на растворение солевых отложений.

Изучен процесс дегидратации н-бутанола как одного из широко используемых растворителей и основы для биотоплива мембранным методом путем проведения вакуумной первапорации. Объектами исследования были выбраны непористые диффузионные мембраны на основе термически преобразованного полимера и его гидролитически стабильного форполимера. Представлены основные физико-химические параметры мембран – углы смачивания, поверхностное натяжение, плотность мембран, результаты сорбционных экспериментов. Проведено исследование транспортных свойств мембран при разделении системы вода–н-бутанол в широком диапазоне концентраций от 10 до 70 мас. % воды в смеси. Показано, что термическое преобразование полимеров приводит к компактизации структуры и более селективному проникновению молекул воды через полимерную матрицу, что способствует эффективной очистке н-бутанола от водных примесей.

В статье приведены результаты исследования хитозановых барофильтрационных мембран. Проанализированы факторы, влияющие на растворимость высокомолекулярного хитозана, и предложена оптимальная технология приготовления его концентрированных растворов. Разработаны рецептуры формовочных растворов для изготовления микро-, ультра-, нанофильтрационных и обратноосмотических мембран на основе хитозана. Полученные методами сухого и сухо-мокрого формования мембраны протестированы с целью определения их пористости, удельной производительности и задерживающей способности. Установлено, что эксплуатационные характеристики разработанных хитозановых мембран соответствуют аналогичным характеристикам барофильтрационных мембран из других полимеров.

Новые полиимиды на основе смеси изомеров диэтилтолуилендиамина и диангидридов 6FDA, BPDA, BTDA, ODPA и BPADA синтезированы по одностадийной методике. Синтезированные полимеры обладают высокой термостойкостью, молекулярной массой, повышенными температурами стеклования T_ст > 400°C (за исключением ПИ с BPADA) и хорошими пленкообразующими свойствами. Полимеры растворимы в хлороформе, N-MP, ДМАА, ДМСО. Изучение транспорта газов для синтезированных полимеров показало, что полиимиды с диангидридными фрагментами 6FDA и BPDA можно отнести к классу высокопроницаемых полиимидов (коэффициенты проницаемости кислорода равны 82 и 28 Баррер соответственно). Газотранспортные параметры синтезированных полимеров оказались сравнимы с таковыми для ранее изученных полиимидов на основе 2,4,6-триметил-м-фенилендиамина.

Предложен оригинальный способ получения катионо-анионообменных мозаичных материалов Поликон. Материалы получали методом поликонденсационного наполнения полимерных композитов, путем синтеза и отверждения слабоосновного анионита и сильнокислотного сульфокатионита на поверхности и в структуре новолачной фенолформальдегидной волокнистой матрицы. Приводятся молекулярные модели, характеризующие элементный химический состав, разработанных композиций. Изучено влияние состава композиции, способствующее формированию материала со стабильными эксплуатационными характеристиками. Исследованы причинно-следственные связи структурных, физико-химических и эксплуатационных свойств гетерогенных катионо-анионообменных мозаичных материалов Поликон при термомеханическим воздействием на стадии отверждения полимерной матрицы. Получены эмпирические уравнения, уточняющие эти соотношения. Методом растровой электронной микроскопии и энерго-дисперсионного элементного анализа охарактеризованы морфология и внутренняя структура исследуемых гетерогенных мембран. Методом термомеханического динамического анализа исследованы вязкоупругие свойства образцов.

В данной работе были исследованы сплошные мембраны из поли[1-(триметилсилил)-1-пропин]а (ПТМСП) при термопервапорационном (ТПВ) разделении бинарной смеси бутанол-вода и реальной ацетон-бутанол-этанольной (АБЭ) смеси. При сравнении ПТМСП с промышленно применяемыми мембранами на основе полидиметилсилоксана (ПДМС) в процессе ТПВ показано значительное превосходство ПТМСП по селективности бутанол/вода. Значение фактора разделения для ПТМСП мембраны (114), толщиной 61 мкм, более чем в 9 раз выше по сравнению с наиболее селективной коммерческой мембраной Pervap 4060 (Sulzer Chemtech, Швейцария). Селективность проницаемостей по компонентам бутанол/вода для ПТМСП мембран превышает селективность промышленных мембран более чем в 5 раз. Впервые исследовано выделение ацетона, бутанола и этанола из реальных ферментационных смесей с применением ПТМСП мембран в процессе ТПВ с пористой поверхностью конденсации. Было показано, что транспортные и разделительные характеристики ПТМСП мембран в процессе разделения реальных ферментационных смесей снижаются во времени, при этом демонстрируют высокие значения селективности проницаемостей по компонентам бутанол/вода (4.7).