Том 13, № 6 (2023)

Данная работа направлена на получение мембранного материала, устойчивого к образованию осадка на поверхности при контакте с АБЭ-ферментационной смесью и обладающего хорошей разделительной способностью при первапорационном выделении н-бутанола из водно-спиртовой смеси. В этой связи, в данной работе впервые предложено создание первапорационных мембран на основе полиметилтрифторэтилакрилатсилоксана (F3-Acr), а также сополимера полидецилметилсилоксана и полиметилтрифторэтилакрилатсилоксана (C10-F3-Acr). В сравнении с полидецилметилсилоксаном (С10) были изучены структура и сорбционные свойства разработанных мембранных материалов по н-бутанолу, этанолу и ацетону. Стоит отметить, что наибольшая сорбция н-бутанола характерна для C10-F3-Acr (0.46 г/г). Изменение свойств поверхности оценивали по величине угла смачивания и элементному составу поверхности до и после экспозиции в течение 1 мес. в ферментационной среде. Транспортные и разделительные свойства синтезированных мембранных материалов были изучены в режиме вакуумной первапорации при разделении модельной АБЭ-ферментационной смеси. Показано, что введение фторсодержащего заместителя в боковую цепь полисилоксана позволило увеличить гидрофильность полимера: поток воды для F3-Acr составил 0.7 × 10^–6 кг м м^–2 ч^–1, что почти в 3 раза выше, чем для С10. Стоит отметить положительный эффект комбинации C10 и F3-Acr групп в полисилоксане. Так, при увеличении величины общего потока на 60% в сравнении с мембраной С10, значения фактора разделения по н-бутанолу, ацетону и этанолу составили 40.5, 32.7 и 4.3 и возросли в сравнении с мембраной С10 на 6, 15 и 12% соответственно. Для мембраны C10-F3-Acr индекс первапорационного разделения по н-бутанолу, ацетону и этанолу составил 136, 109 и 11. Следовательно, данная мембрана вдвое эффективнее, что С10. С учетом отсутствия детектируемого загрязнения поверхности мембранного материала продуктами ферментации можно отметить высокий потенциал мембраны C10-F3-Acr для задачи выделения спиртов из АБЭ-ферментационной смеси.

Рассчитаны внешнее стационарное течение вязкой несжимаемой жидкости и конвективно-диффузионный массоперенос растворенного вещества в упорядоченной системе параллельных половолоконных мембран, расположенных перпендикулярно потоку, в диапазонах чисел Рейнольдса \(\operatorname{Re} \) = = 0.01–100 и чисел Шмидта \({\text{Sc}}\) = 1−1000. Уравнения Навье–Стокса и уравнение конвективной диффузии решались с помощью методов вычислительной гидродинамики с граничным условием прилипания и условием постоянной концентрации примеси на внешней поверхности обтекаемого волокна. Расчеты выполнены для одного ряда волокон и для системы, состоящей из четырех и шестнадцати рядов волокон. Рассчитаны концентрации на выходе и коэффициенты поглощения примеси волокном \(\eta \) в зависимости от плотности упаковки волокон \(\alpha \) и чисел \(\operatorname{Re} \) и \({\text{Sc}}\). Показано, что коэффициент поглощения \(\eta \) волокна в изолированном ряду волокон может быть использован для расчета эффективности поглощения волокнистого слоя большой толщины.

В работе изучено влияние содержания групп тетрафторэтилена (ТФЭ) на газотранспортные свойства сополимеров винилиденфторида и тетрафторэтилена. Получены экспериментальные значения коэффициентов проницаемости P и диффузии D для газов H₂, He, N₂, O₂, CO₂, а также низших углеводородов CH₄, C₂H₄ и C₂H₆ и рассчитаны их коэффициенты растворимости S. Найдено, что значения коэффициентов растворимости СО₂ и С₂Н₄ отклоняются от корреляционной прямой зависимости lgS от потенциала Леннарда-Джонса и предложено объяснение этого эффекта на основе моделей облегченного транспорта. Установлено, что повышение содержания групп ТФЭ приводит к существенному увеличению коэффициентов проницаемости исследуемых пенетрантов преимущественно за счет возрастания их коэффициентов диффузии. Так, для Не и Н₂ коэффициент проницаемости увеличивается приблизительно в 2.5 раза, для СО₂ – в 3 раза, для аргона, кислорода, метана и этилена – в 3.5 раз, а для азота и этана – в 4.4 раза соответственно, что в сочетании с хорошими пленкообразующими свойствами и коммерческой доступностью позволяет рассматривать исследованные сополимеры как перспективные материалы для получения композиционных газоразделительных мембран.

По мере разработки месторождений нефти в составе добываемого сырья повышается доля наиболее высокомолекулярных компонентов – асфальтенов. Склонность асфальтенов к агрегированию вызывает ряд проблем, что делает актуальной задачу деасфальтизации нефти. В данной работе были проведены исследования по выделению асфальтеновой фракции из нефти с использованием ПАН мембран. С целью снижения размера пор мембран, получаемых по методу инверсии фаз, в формовочный раствор вводили дополнительный компонент – ацетон. Проницаемость полученных мембран по воде составляла 37.6 ± 1.7 л/(м² ч атм), а по толуолу – 25.3 ± 1.8 л/(м² ч атм), а размер пор – 4.6 ± 0.5 нм. При фильтрации разбавленных толуолом растворов нефти (1 г/л) задерживающая способность мембран по асфальтенам составила 73 ± 4% и более 95%, если содержание нефти в растворе было более 10 г/л. Проведено исследование параметров засорения мембран при фильтрации растворов нефти в толуоле. Отмечается, что при переходе от толуола к растворам нефти проницаемость мембран снижается в 10 раз. В то же время, снижение проницаемости носит обратимый характер, и при замене раствора нефти чистым растворителем мембрана восстанавливала до 99% от исходной проницаемости.