Мембраны нового поколения

МЕМБРАНЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Выполнила:

Муниципальное общеобразовательное учреждение лицей при ТПУ

Томская область, г. Томск

Руководитель: , к. ф.-м. н., доцент ТПУ

Создание экологически безопасных и экономически обоснованных продуктов, полезных для общества, является актуальной задачей настоящего времени. Мембранные методы разделения жидких и газообразных сред занимают прочное место среди технологических процессов и существуют области, где мембранные технологии не имеют конкурентов [1]. Дальнейшее развитие мембранной науки и техники связано с поиском новых путей в создании мембранных материалов, которые будут обеспечивать высокую эффективность разделения и максимальную проницаемость.

Целью данной работы является создание мембран нового поколения, совмещающих в себе свойства мембран и сорбционного материала на основе оксогидроксида алюминия (AlOOH), получаемого из нанопорошков Al.

Идея работы заключается в закреплении тонкого подвижного нановолокна AlOOH в отверстиях мембраны, которое способно захватить частицы с размерами много меньше размеров пор мембраны.  При этом необходимо решить две проблемы: 1) вырастить нановолокона с необходимыми свойствами; 2) закрепить нановолокона в отверстиях мембраны.  Проблему закрепления можно решить, если выращивать волокна непосредственно в отверстиях мембраны. Для организации такого процесса потребуются нанодисперсные порошки Al, обладающие набором свойств для выращивания нановолокон непосредственно в отверстиях мембраны.

Для размещения наночастиц алюминия в порах мембраны, размер которых 12 мкм, апробированы два способа. Первый - продувание воздуха или инертного газа, содержащего порошок алюминия, т. е. использование аэрозоля. Второй - приготовление гидрозоля и фильтрование его через мембрану для размещения и закрепления частиц алюминия в объеме пор мембраны за счет избыточного давления и возникновения гидродинамических эффектов. Показано преимущество второго способа [2].

В обработанных гидрозолем мембранах осуществляли реакцию термогидролиза алюминия до стадии получения нановолокон состава AlOOH и, при необходимости, стадию модифицирования повторяли еще несколько раз.

Полученные мембраны, более прочные чем исходные, были исследованы на сорбционную способность. Сорбцию проводили в динамическом режиме на модельных растворах диклофенака C14H11Cl2NO2 с размером частиц ≈ 0,3 мкм и коллоидных частиц Fe(OH)3 с размером ≈ 0,4 мкм.

Уникальность мембран заключается в высокой эффективности разделения по механизму механического разделения на примере коллоидного раствора железа. При  рассмотрении сорбционного механизма с использованием раствора диклофенака, эффективность разделения значительно ниже, чем при использовании активированного угля. Для улучшения сорбционных характеристик получаемых нановолокон предложен способ их получения в растворах солей MnSO4, FeSO4, Al2(SO4)3 по принципу сокристаллизации. Установлено, что концентрация солей в растворе влияет на структуру (морфологию) и удельную поверхность получаемых нановолокон. При концентрации катионов Mn2+ и Fe2+ в растворе равной 0,05 %, по отношению к концентрации порошка алюминия, которая была постоянной и составляла 0,5 г/л, происходит увеличение удельной поверхности образующихся нановолокон до 310м2/г. Возможность увеличения удельной поверхности нановолокон, посредством  их синтеза  в растворах солей, позволяет увеличить эффективность разделения по сорбционному механизму.

Выводы:

Предложен алгоритм модификации мембран. Исследованы: фильтрующая способность, сорбционная емкость и проницаемость модифицированных мембран. Установлена возможность получения нановолокон AlOOH с высокой удельной поверхностью посредством их синтеза  в растворах солей, что позволяет увеличить сорбционные характеристики модифицированных мембран.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Плате технологии – авангардное направление развития науки и техники XXI века. // Крит. технол. Мембраны.- 1999,- № 1.- C. 4–13.

2. , , Галанов полимерных мембран наоволокнами оксогидроксида алюминия // Нанотехника. 2008. №3(15). С.40-45.