Том 14, № 6 (2024)

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) является перспективным материалом для получения мембран. В данной работе показано, что метод термически индуцированного фазового распада (ТИФР) может быть использован для получения СВМПЭ мембран из смеси этого полимера с декалином. Важно, что мембраны получали без традиционно используемой дополнительно вытяжки пленок, но с использованием различных способов удаления декалина: сушкой образца на воздухе при комнатной температуре или предварительной экстракцией в изопропаноле в течение различного времени c последующей сушкой на воздухе. Показано, что первый способ удаления растворителя приводит к значительной усадке и, соответственно, к получению мембран с пористостью ~24%, проницаемостью изопропанола ~150 л/м² ч атм, точкой пузырька ~1.7 атм и прочностью ~8.6 МПа. Структура и свойства образцов, полученных с использованием второго способа, зависят от длительности стадии экстракции. Установлено, что уменьшение времени экстракции с 24 до 1 часа приводит к уменьшению пористости мембран (с ~86 до ~81%) и проницаемости (с ~1700 до ~1550 л/м² ч атм), увеличению прочности (с ~0.73 до ~0.92 МПа), но при этом удлинение при разрыве (~280%), температура плавления (~136.5°С) и степень кристалличности (~82%) остаются практически без изменений. Обсуждены основные причины указанного выше изменения свойств мембран. Таким образом, контроль условий удаления растворителя позволяет регулировать структуру, физико-механические и транспортные свойства мембран.

Палладийсодержащие мембраны применяют для отделения и очистки водорода. Однако для достаточно тонких мембран, проникающий поток может быть ограничен кинетикой поверхностных процессов. В настоящем исследовании для преодоления ограничения перехода через поверхность разработанные мембраны сплава Pd₇₆Ag₁₄Au₁₀ были модифицированы наноструктурированным поверхностным слоем. Модификация осуществлялась осаждением на поверхность мембраны пентаразветвленных биметаллических наночастиц Pd-Pt. Увеличение потока водорода наблюдалось в широком диапазоне температур (25°–400°С). Наивысшие значения плотности проникающего потока были продемонстрированы для мембран с пентаразветвленным модификатором – до 52.43 ммоль с^–1 м^–2 при 400°С. Сделано предположение, что сложная морфология наночастиц, а также наличие синергетического эффекта от сочетания Pd и Pt способствует снижению активационных барьеров и усилению каталитической активности. Разработанные мембраны показали высокую и стабильную селективность во времени, что открывает широкие возможности их применения в реакторах парового риформинга для получения высокочистого водорода.

Развитие мембранных процессов требует новых материалов для создания высокоэффективных мембран. В данной работе создан композит на основе сополиимида Р84 с использованием добавок нового модификатора титаносиликатного минерала натисит. Для этого осуществлен синтез натисита и проведена его идентификации. Композит Р84/натисит (5 мас.%), приготовленный в растворе ДМФ, использован для получения плоской пленочной мембраны. Изучены особенности физико-химических, механических и газотранспортных свойств мембраны Р84/натисит в сравнении с Р84 мембраной. Транспортные свойства оценивали по проницаемости He, O₂, N₂ и CO₂ через мембраны. Величина проницаемости газов через мембраны из композита ниже, по сравнению с чистым Р84, а селективность разделения пар газов H₂/N₂, CO₂/N₂ и O₂/N₂ улучшается за счет включения модификатора натисит. Показано, что введение 5 мас.% добавок натисита не оказывает существенного изменения на физико-механические свойства мембраны Р84/натисит (5%), которые отвечают требованиям технологичности.

Ресурсосберегающий и экологически целесообразный электродиализ (ЭД) находит все большее применение для разделения и очистки органических кислот, в том числе для извлечения их анионов из вин, соков и продуктов биохимической переработки отходов. В данном исследовании транспорт тартратов через анионообменную мембрануCJMA-3 изучен с помощью вольтамперометрии, хронопотенциометрии и экспериментов по ЭД. Показано, что при использовании раствора Na_xH_(2–x)Tc pH 9.0, который содержит только двухзарядные тартрат-анионы T^2–, закономерности переноса не отличаются от хорошо известных для сильных электролитов. Если раствор имеет pH 2.5 или 3.0, он содержит смесь молекул кислоты H₂T и однозарядных анионов HT^–. Попадая в мембрану, часть анионов HT^– диссоциирует. Протоны исключаются в обедненный раствор благодаря эффекту Доннана, а образовавшиеся двухзарядные анионы T^2– переносятся через CJMA-3. Снижение концентрации HT^– в примембранном обедненном растворе стимулирует необратимую диссоциацию H₂T. Под действием электрического поля протоны удаляются из зоны реакции и движутся в раствор, а анионы – в мембрану. Поэтому перенос тартратов через анионообменную мембрану осуществляется даже в том случае, если питающий раствор в основном содержит молекулы кислоты. Реализация этих механизмов вызывает многократное превышение эмпирическими предельными токами значений теоретических предельных токов. Энергозатраты на извлечение 20% тартратов из 0.022 M раствора Na_xH_(2–x)T равны 0.22 (pH 9.0), 0.32 (pH 3.0) и 0.57(pH 2.5) кВт ч/кг. Длительность ЭД в этом случае увеличивается в ряду: pH 3.0 << pH 9.0 < pH 2.5.

В статье анализируется возможность применения мембранного электролиза для переработки слабых алюминатных растворов (подшламовой воды) с целью их концентрирования и каустификации. Для проведения испытаний применялась трехкамерная ячейка с гетерогенными катионообменными мембранами МК-40, в качестве материалов катода и анода использован титановый сплав ВТ1-0. Мембранный электролиз проводили при межполюсном расстоянии, равном 3–5 см и плотности тока – 0.5–3.0 А/дм² с получением катодного (более концентрированный раствор каустической щелочи) и анодного растворов (опресненный раствор), а также анодного шлама (представленного в основном гидроксидом алюминия). Выбраны оптимальные режимные параметры процесса концентрирования алюминатного раствора методом мембранного электролиза: плотность тока около 2 А/дм² при межполюсном расстоянии, составляющем 4 см. При данных режимных параметрах рабочее напряжение на ячейке устанавливается через 40–45 мин на уровне 24 В, при этом удельный расход энергии растет от 13.5 до 17.5 кВт·ч/кг щелочи.

Определено, что содержание соды в растворе в течение часа снижается с 55 до 25–30% при различных режимных параметрах процесса мембранного электролиза. Степень концентрирования общей щелочи в растворе при выбранных режимных параметрах процесса через час от начала мембранного электролиза доходит до 1.40–1.45.