Файл: Углеродные наноматериалы, производство, свойства, применение (Мищенко), 2008, c.172.pdf

собствовать углеродные наноструктурные образования, обладающие высокой удельной поверхностью, капиллярными свойствами, избирательной сорбирующей способностью. К настоящему времени появились работы, в которых сделаны попытки использования УНМ в целях модифицирования известных мембранных элементов и создания принципиально новых фильтровальных материалов.

В работе [32] описан способ получения градиентно-пористой структуры путем синтеза упорядоченного слоя волокнистого наноуглерода на поверхности кремниевой мембраны. Толщина слоя УНМ из нановолокон (d = 30…150 нм) и нанотрубок (d = 20…50 нм) составила 0,1…0,4 мкм, удельная поверхность ≈ 100 м2 / г. Установлено существенное (в 4 раза) снижение поверхностного сопротивления пористой структуры и значительное увеличение удельной поверхности макро-пористой структуры кремниевой матрицы. Интересны результаты внедрения углеродных нановолокон (d < 100 нм) в полимерную структуру мембран PTMSP [33]. Внесение в материал мембраны менее 10 % УНВ увеличило газопроницаемость для углеводородов в 2 – 3 раза, значительно (в 3 раза) увеличилась селективность мембраны. По-видимому, авторам удалось за счет сравнительно небольшого количества внесенных в полимерную матрицу УНВ обеспечить образование перколяционного кластера, что вызвало интенсивное изменение свойств мембраны.

Проведенные исследования ставили своей целью модификацию обратноосмотических полимерных мембран МГА-95 (пористые полимерные полупрозрачные пленки на основе ацетата целлюлозы на подложке из нетканого полипропилена) и ESPA (энергосберегающий полиамид – Energy Saving Poly Amide) путем внедрения в данный материал УНМ "Таунит". Мембраны используются для очистки, в основном, солоноватых вод, получения бутилированной воды и в других высокопроизводительных установках.

На образцы мембран, представляющие собой прямоугольные пластины (120 × 65 мм), намывали слой УНМ "Таунит" путем обработки в суспензии (0,2 г УНМ / 150 мл дистиллята). Затем образцы высушивались при 40 °С в течение 60 минут и механически закреплялись в активном слое мембран. Масса УНМ в одном образце составляла ≈ 1,1 г.

Фильтрующие характеристики модифицированных мембран оценивались в экспериментальном модуле, состоящем из двух фланцев, выполненных из диэлектрического материала 1. На одном из фланцев располагался катод, выполненный из пористого проката марки стали Х18Н15-ПМ с пористостью 20…45 %, на котором размещали подложку (ватман) 2. На подложке размещалась прикатодная ацетатцеллюлозная мембрана МГА-95 или мембрана ESPA 3. На другом фланце размещали подложку (ватман), на которой затем размещали прианодную мембрану типа МГА-95 или ESPA. Мембраны разделяла перфорированная решетка 4. Схема модуля показана на рис. 6.27.

Рис. 6.27. Плоскокамерный экспериментальный модуль

Опыты проводили, используя 3 %-ный раствор сульфата магния в дистиллированной воде. Оценку качества полученного пермеата проводили по стандартной методике в лаборатории Тамбовской СЭС.

Оценивались содержание сульфатов и магния в пермеате, а также коэффициент задерживания мембраны K з , определяемый как:

где Сисх – исходная концентрация вещества в растворе; Спер – концентрация вещества в пермеате. Установлено, что содержание сульфатов в пермеате уменьшилось при использовании модифициро-

ванных мембран в 2 раза, а магния – в 2,7 – 3 раза (рис. 6.28).

Коэффициент задерживания для МГА-95 увеличился на 1,85 %, а для ESPA – на 1,1 % (рис. 6.29). Таким образом, можно констатировать, что положительный эффект использования УНМ "Таунит" в

качестве модификатора данных мембран очевиден, однако для применения в широкой практике требуются дополнительные, более детальные исследования, способные повысить искомый эффект.

Весьма интересные результаты получены при модифицировании полисульфоновых мембран. Модифицирование осуществляли поливом формовочного раствора на поверхность стекла с помо-

щью щелевой фильеры или с помощью самоцентрирующего формователя на внутреннюю поверхность открытопористой стеклопластиковой трубки. После отверждения полимера мембрану отмывали от растворителя и порообразователя, консервировали в водном растворе глицерина с катамином АБ, затем проводили испытания полученных ультраили микрофильтрационных мембран.

Результаты некоторых испытаний приведены в табл. 6.9.

6.9. Влияние добавок УНМ "Таунит" в формовочные растворы для получения ультра- и микрофильтрационных полимерных мембран

П р и м е ч а н и е: 1) ТУФ и ПУФ – ультрафильтр трубчатый, отлитый на внутренней поверхности открытопористой стеклопластиковой трубки, и в виде плоского листа, отлитый на стекле, соответственно; 2) ТМФ и ПМФ – микрофильтры, изготовленные как в примечании 1; 3) ПСФ, Ф и Т – полисульфон ароматический, фторопласт Ф42Л и наночастицы "Таунита", соответственно; 4) D – изменение величины, "+" – увеличение, "–" – уменьшение; 5) Усадка мембраны характеризуется отношением водопроницаемости через 4 часа испытаний (при этом водопроницаемость мембраны становится постоянной) под давлением 0,2 МПа при ультрафильтрации и 0,1 МПа при микрофильтрации к начальной ее водопроницаемости; 6) З – загрязняемость мембраны определяется отношением производительности по фильтрату после 4 часов испытаний (она становится постоянной) к начальной; давление при ультрафильтрации – 0,2 МПа, при микрофильтрации – 0,1 МПа.