Получение свойства и применение динамических мембран из полиэлектролитов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

. Г>

ОРДЕНА ЛЕНИНА II ОРДЕНА Дрт!Ш НАРОДОВ АКАДЭИЛ НАУК У'ГРЛИНСКОЛ ССР .

нстлтут коллоидной жда и хиг-зш воды им. а.в.дунайского

' На правах рукописи

ЛЕДЕЧЕК Валентен»! Леонмдовна

ПОЛУЧЕНИЕ СВОЙСТВА И И ВМЕНЕНИЕ ДНІАМіЧЕСКИХ НЇМП9АК ИЗ ИОЛИОЛЕКТРОЛНТОВ

02.00,11 - коллоиднач и м»Иртнкач хиняя

АВТО РЕФЕРАТ

диссертации на йпчоканпп учзнай стзиеки Еандк.г.ат*» тимических наук

Киев - 1990

Работа выполнена в Институте коллоидной химии и химии води им.А.З.Дунайского АН УССР

Научные руководители: академик АН УССР, профеасо

. доктор химических наук

ШШШЕШЮ А.Т.

. долтэр технических наук,

стадий научный сотрудник ПОНОМАРЕВ М.И.

Официальные оппоненты.: доктор химических наук, профессор БРЫЯ М.Т.

кандидат технических наук, старші Я ьаучний сотрудник , КОСТЮК 13. и.

Вгдуиаз организаций:

Во IX)н з лс кий го с уда рс тве нші университет км.Ленинского комсомола

Запита состоится "/$?И{$>Л19Э0 г. в "/^"час на заседании специализированного совета Л 015.55.01 пр Институт-.; коллоидной химии и химки вопи им.А.В.Думанск АН УССР по аір!(:у:^52ь80,ГСІІ, г.ІСітзв-ІбО.пр.Вирнадског

С дхесергацизй модно ознакомиться; в библиотеке Ина кс.ллэиаюй /кмки и хиуии воды км.Л.В.Дунинского АН УСС

Ачтог•-! іер’іГ рмиелан "/■? '1 МГЛ^Р.. £1950 года.

. Лі-їіігі у-. іарь енгп-.м•ц”"!'.')';,'.ч ю;о соїтта, '

ДІ'К’Дір «••'ИЧ^-'ИГ н.;'.уя. ГрО'ІПС'ІП

ТРЕТИКІІКК В.Ю.

Актуальность работы. Успешное развитие многих отраслей про-:енности непосредственно связано о широким испсльз сватом кеиб-тсс методов разделения смесей. Для эффективного репеняя иракских задач-пелесообразпо прягленевяе чембрзн с определекякгт іяо-химнчєскіряг характеристиками, капбапее иряееиемвдчт для ре-атшіі данного технологического процесса. В этой связи увеличё-ассортаї/еита мембран и выбор реяяксв их эксплуатации в ковкіше условиях является актуальної! задачей.

Особый интерес в зточ отношении преястзвлягт теп нязчвэечке імические ме’ібраян, фортоэзгэтпеся па псрвстоЯ паялокке при про-[ении через рее раствора, солертетіего мембрачообразутош.ее веше-!. В качестве подлонек можно использовать оОратясссмотяческпе •ра- и микрофильтрациотше мембраны. Динамическое иодпфтрз-ге атих мембран может кореякчч образом изменить их свойства, лает возможность распилить облает.' прямзчеяия уже известных 'пан без синтеза новнх. '

Динамические мембраны отличается простотой получения, пчеш1 ?кую производительность и менее їребовательяч к поэдяаоитель-полготовке обрабатчзэе!*!**: растворов, могут бнть яеисо регзне-званы при ухудиепии их рабсчггх характеристик.

Наряду с практической значимостью разработка методов получе-динэмичеслих мембран представляет паучнкЯ интерес, поскольку »пяа с изучением механизма селективной проницаемости.

Однако, гесг’отря на почти тршшетюгетнею история яссяедова-динййичеекях мембран, многие вопгссн их $орг*кролагош и фузис-•трования еще не ресен». Это,.в первую очередь, относится К дмлческии »'ембрчиям из солпдероя. Особого вигаячэтвг заслуживает'’ работка методов Лорнирования лпнешпеоких мекбрзн из лояззлеет-::тоз, своеобразного способа получения "зарятевяис" мембран.

Нелыз нпстоядей работ» является конплепспое исследование ■"ата $ такс-хвмпчесют: условий на процесс формирования дгшанп-їітх мембрзч из полиздектролитов, изучение свойств ебр-азоззггаях ’’■ических .мембран и возможности и т. практ’пеского при.мгнрккя. В гветотвтт о ртим в работе решались следугаке задач;?:

- изтченпе кинетики формирования мембран из полиэлектролятез, ло;т,-тчіті(, влияния на процесс Формирования мембран характера ірачообразукют добавок а подложек, pH мембряиообразулщего ра-зра, его температури и скорости трансмембоа.нного потока;

- изучеыю сссбекностеЛ задержания лшамдческиыи мембранами

электролитов и неэлектролитов;' • 1' '

- исследование зарлдезлектиьнцх: свойств дпнашческшс ыембрз

■' - асиуктн их пр:.кт!;чьского "римгнзния.

На я на и кевкзна рлсЗот и состоит во всесторонне исследсвант процгеза формирования д^.иаяпееккх г.з1!бр£.н из поляакрилашда и оополга.-.ер& акрклиывда с дгэтиламлноатшшетакрилатом, их задеряи-ващах и заряцоелсктшШцх сеоййгп. Искано, что яля форшроваш: БисоясэЯ.ектиь'-.цх дмиш^часких ыег.бр&н из палвэ.чектролягов на ультр.фих/ттх УАМ-БСО целесообразно использовать растворы с Ш1-шздапнсК мзкостыо, г.рп хоторс!; иакрсилдокули достаточно компас ни в форкпруп 1.логьи!1 кгнорачннй слой. Впервые получена ышаг.ш-ческие мекбраш. аз ссполшера бкряламада с диэтила\ляоэт1Ш!втаК| лз: ;.м, обнаружена п исследована их способность разделять хлорид-п сульфат-ноны. ,

_ Показана суаьотвгккйч роль всмичкип трзясмсмбраинсго нотокг и темперам;лш раствора а процессе |ормирс£этш и Яуякшюпироваш исследуемчх ммйран. Установлено, чю задержка сольй динакачаскс меубраной /а гидролиз сварного пеллакрпламэда в основном определи етси величиной наряда поверхности ыем'рзны, т.е. электрохпшчесг меш-иэмоч рачделгтя. Научены свойстаа динамической мембрапн из полиакриловой кислоты. Установлено, чю поисУтстьке в расгвсрг многоэарягдо; катионов при pH > 4 пртаодкт к сипир.вив пэликполсч на подложке. Нря этом производительность мембран резко снижаете Практическая значстссгь пдбогы застается в гопиожпеехн ис полкюпать полученные р^зультатк при рмряботке метода получение динамических мемЗоан га ссрсве полизлегтроЛитсз. Подобные мекбрг могут нршеютгоя как с??.*гсадеркяпатап'1 в таких отраслях иронии-лерг'остя, как гл»т5г?г.п*, 'ккробгелогчееш! и ^рмяцгвтичэскяя. Потеря вс’^оявссть *п 1,С!Г"ЛГ’>СП!'!ШЕ лдл умягченмч клп опреснения слэбомяп?галвзс'вгнтчт р?л, а такте гля кзм^гег'яя воогитеяв? кп^-птроют ос чей в вот,” рр.гтЕорях. •

Пперрке рпагабоггпа п г'елрегп Киевском з^одз медпр?пз-

Р8Т0Г Тв-СЧОЛОГЯЯ 01ЯС"П’' РП'":”г.р0П -ч*--’^ПОТИЯОВ |~Т ИПрСГСНЗЧХ в?

I 13=0:’' ляг»г<‘<1г‘ачугт1«1!гя чяо^тгпе'--:. ггу*?ртияич р* ультрафильт-

ра:: Г\’?.-Г'Г-Г. Экгчо^’—Г--.'? •>’.^пт о* ’••'ГСЛЬЗОВФ’ПЧ попей -вхпачс гг,- л,? лч.,с„рт г„п, гл .„ддр,,,,., г^?7ВОрт 1*.'лп'чготт. М ос т*""'.- П.? тчг.руб.

. Диссертационная работа непосредственно связана с вкпэлнена-плановнх работ Института коллоидной химии и химии волн т.!.

В.Думанского АН УССР по постановления!.! Совета Министров раинской ССР № 278-р от 23.05.78 г., № 2.^6 от 16.04.80 г. и езццпума Академии паук УССР К 961 от 15,05.78 г., У‘ 587 от ' .12.81 г. и № 213 от 10.05.84 г. (яог.гера государственной гистраодл тем: 79С00Э26, 01.83.0 042530, 01.81.0 080616,

.88.0 039675).

На зачат? вшосятся следуяяив нзучнне я практические резуль-;тн: ‘ '

1. Применение теории ксчзектягного фильтрования для оггасанил юиоссо образования динамических яег.’Зр-ш из поллэлектролитсз.

2. Экспериментально устансзлетше закономерности фос&лрова-1Я динамических мембран из пслизлйнтра’пп’ов в различиях услсвя.тх 1 подложках с размером пор а пределах 10-50 ни.

3. Установленные закономерности залег~ки дингмичеокг’.п танб-шаш электролитов и неэлектролитов.

4. Представлени'’ о наличии у динагаческих нег^раи из иссле-'синх полиэлекгролигов ззрядселентпрнкх свойств, которкэ изкеня-•ся при варьировании условий разделения. .

5. Разработка технологии депирогепизацшт растворов антпбпо-

1КСВ. .

Аппобадия работы. Материалы диссертации докладывались и об-'зщаллсь па Республакапсгскх сеганарзх по 'детлбрапам (Одесса, I [984 г.), П (1935 г.), И (1986 г.), У (1939 г.); I Республ;гкан-еой конференции по ?'е?-*бра!!'3м и мембранной технологи:! (Киев,

337 г.); Зсесоюзко" научно-технической конференции "Осноениэ на->авлеття развития водоснабжения, водоотведения, очистки ирирод-IX я сточных вод" (Харьков, 1985 г.); Всесоюзной копЬеронтпти )сновт« направления исследований по обеспеченна качества аятя-ютикоп и полупродуктов для юс производства" (Москва, 1??'3 г.); 1уЧННХ КОП|ерв!ШИЯХ Института КОЛЛОИДНОЙ ХГЭТП! И ХИМИИ ВСЕЯ "?*,

, В.Дунайского АН УССР (Клев, 71 (1934 г.), X (1983 г.), ХЛ [990 г.). . .

Публикации. По иатерлапач диссертация опубликовано II рабл?.

Структура и объем работы. Диссертнппя состоит из зачдеччл, Глав, выводов и приложения. Работа изложена на Г67. страницах шшоплсного текста, включая список литературы и’ 202 наячепо-нптЭ, 47 рисунков и 10 таблиц. ’ 1 -

СОДЕКШШЕ РАБОТЫ _

Во введении показана ал-гуалыгость тьмы диссертации, даі: общая характеристика к сформулирована цель работы.

В первой главе приведен обзор литературы по динамически мембранам (ДМ) из гидроксидов металлов, гидроксэдов металлов полиэлектролитами и полкмерни.; материалов. Наказанії прешетце к недостатки какцого вида кенбран. Приведеш; иркмери кх прак ского использования.

Анализ литературы покачіьает, что пніорі.'.ацпя о динаниче мембранах ИЗ ПОЛИЗЛекїрОЛІГІ'СВ ОТрііВОЧНІ. Недсстаючно нсии у и механизм формирования, практически отоутсгвуит сведения о тквности ДО в раствора;; смеси неорганических солеіі.

На основе критического атлкза показана актуальность из дованкй в области разработки методов получения и ирямаиеиая полиолектролитсв. '

Во второй главе враьигДйвы фвікко-зилаческие свойства по электролитов, цопслізуешх в работа для образования данашче 'мембран - полг.акргльвда (£ШЛ, сополш/.ера акралааида о диэт шткзиотакразйтсм (АА--Д0АЭ!,!) и. лоикакрилоаои кислоти (ШШ). снозгііі виЗор стих полгэлекгро.пшоп в качестве ме.к;браноэбразу веааств (МОЕ), Дано описание аппаратурного оформления экспег. тов, приведена методика золучемш образцов гидролизезишого : акратамша и методика проведения окспаршлентов с динамически: кеи5ранами. Приведены £армрш для расчета основных параметро: цесса мембранного раз деления: зале раки компонентов пасгвора:

К ={/-Сп/Св ) ■ 100 /0 . срсиэьсргелыюотя ДМ: С -И козМкжнтя ра.я;:ел2і>;:я здьсимеьчсчаптегнкш: !юпоь:

где С.„ и С„ - г.сшшираїкя ясшояаяте* і и j в петаеата исходном растьорг, У - ебки тер*:г>па, пра5ки£.и*лЧгреа меу-3) штздьв 5 зп врзуя І . ' ..

В третьей главе в»глсгекн сеигет»-? закстсмвгвостй пронес: {ор'л’ропч'тгі л"н;у:пєск^"< ?і»ир{ш пс«!аясктрояятов, Показі что к сар’яяй’:- пп'пірсср. о^резск.'».-.!^’ "."с’і^гуеіич уембран гга:л ? {••*£?><■№<» т«--;-;тг!« уегвекТ’ГЧЯСІп ':Г Т"'ФЛНПЯ . ?<!Т.ч.Р<?ЗЛЄН0, '-.ТС гр'", збттграпла ,!--»чп5«:>,1«"ггк7 г^ттаг’ дгг’ чтапа: тег

п:-. >'т:р~п- '■! •.«"-Лвтшюго ноя на гч;

тіг|?лм'г«»п'-*'.,г н~ г-тглоч гч тгапов І'Оі

ванпя кембраян полет бить описана урлвнепйлмп*:

3.1. Кпнетпка форгаровэния ДМ :п сспслэгсрэ АА-ДЭАЭ'* г?. УА.Ч-500

при pH: 0,0 (I); <М5 (2); 2,3 (3); 7,2 (4); 5,0 (5); 11,4

(6). Концентрация кеыбрзпообрэдущог'* ведества в данном и ’ последующих 'экспериментах 0,1 яг/м3. Лрягиз построены з ко-

ординатах уравнения (I) - а; и (2) - 6.

сперкмеитально показано, что иослъдуегяе дянгмическча *'?мбрэни зтоят пз внутреннего слоя в порах подложит, котоэч? ге удаляется я отмивке !*еибрапн, я внешнего елся па поверхности гамЗрапн-нод-ккл. '

Показало, что особенности процесса $ор?:псовачпя I! структур!! существенно' завлсчт от разгера мембртгоебрйзуюзпх частиц я раз-ра пор подложи. В случае 'ме’йраиосбразу^его зсззстза - пата-ектролвта размер гйкро'юлсгтулгф!'!/.': глу^гсв, {ор"яру.'’7Г"с ДЯ. ок-целяется поняпм составом распора, йзрьвруя pH раотасра, мз«:о лучить ДО с икрокпл спектргм :мяер~::рл?;-'г;: свойств стЕосдтэтапо зктролиточ п неэлектролитов. Это сбусдов-епо гэуанешмм степегот зсоцяопая пояогенпих групп ПОЛНОлскгрслптя, ЧТО ЛЯЯГ.ОГ2ГГ д соот-гствулзему изменения вклада в зздсртку яде•^рохтаяп»'охсто (плсят-тати) и структурного (иеол"К1ролгт:1) п?ха«гь.»кэв гроптаемостя ДН. ■«нения конформаций макоэтлекул ютссредотястга свяхпч» с зшс~ч ■сроскопнческим параметром ваотяора, пап гязпссть. 3 этой '?г>тзп

£узпжов В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения еуокая-злЯ. - М.: Хямия. - 1980. - 398 с. 1 . ;

была К5ячс.“',«з"э -пвлогкооть мехЕу пячкостьв растворов мембрано-ебэтп-чпгг. ::олг"Л'’гтрря?топ и свойствами ДМ, полненных на гос ос-ко.’о. V'. птяспяч вязкости я, соответственно, наиболее

С!""рг ::■■'! с.\мг’.'о:.:~лекул гидролизоаанкого ПАЛ нзблюдаят-ся л обл^отг г” 2,7-2,5, «платина - pH 5-5,5 а соаолгаера АА-ДЭАЭМ pH 8,5-”. Уде'ппп вязкость иогкг.ролнлованного ПАА поп варьирова-п;;:г р" не ^•?1тгтся (рис.2).

?стг1гсп,,-:!'з, что гзгсиулльнаа эапертиа сахароз» (99-991) наблгща-атся ял Л!', готогае !ор’.'пг!()плгсь в области шшюакытоЯ вязкости рютн’Т'ч, коглп учгчх'\,ол',пулн достаточно компоктнн и формируют •:ггти*:?. .""гпн'п’.Г, слой. Пгч сбгязов.зчпп Д,Ч вз растворов с более

:н;::~”пЯ гн.чя-стш эа*,оркк?п<ггс с«яЛствп ЕМ значительно ниже, а •• м-ост* - в'.ю. В я том случае развитий .лзоПно'1. элспт-г„,.г,препятствует -{зр'тровгппр плотной ".М (тайл.1).

Прг. гссле.ювгляп эяг.-'пжииа'п^х свойств ДЧ по отнепенле к из-'■гтанитго'”"' зягкич'л-.'трм високая запегггяп получен? только на о' : и'.''.и'Ог-пш";х ял роствороа о клипса.*.*!!* Я вязкость?).

1 Г'борГ'СХ*, .Г.лл £ор?Г:трг?а:ч!': р\ с ВЦСОШ”-*!! зачертявяютого ’•гЗпг л!.-л-м:о !>1г*кз''слскул'‘?гнх кекяэнентоа пелгеообрзз-«г йсголг гсвагь р^стуо;^ с мтягли:» нг2 вязкостьп. Сто достигается я п’! ял я утрлгч'м:"Г’.' п'лмнсЛ c:\in раствора.

"0>. чцу-’яоотнля " с г;) у г. тур-! ДМ, с-]оп>г.:;->о1’г-пттыт аз По-

ч-1-1 ."г.щг'ептот! па и'е^^г.ннйх-нпдло.'Мйл ”з оисткяяглдпяоэн, зависит '■1 -пг.т:п"~""г отз.»ероР пор пггрЕсг*:*: п размеров рпкроксдечу*. Ус-т.(:-.г>1г!,.-., -:;о в елучэа оСр',п:сос::ог:!."есккх т’бгоч незпечитель-1">е ся?'*е! чз про:г.з»«у:и?е.№:ло7в (т IС--2;'/1) но со-эоюхп-сзтся А1СГ,Г.1Г, ЛЯ'ТТГТ'Г» ПО»1~еч;Г'?Г :»,‘ЛОПП:Я. КтсГ-,:ЮГКа Г.ор ЯГ.ОС

Гпс.2. Зависимость удельно!! вязкости разтвороп желатина (I), П1АА (2), сополимера АА-ДЭАЗМ

(3) и кегилролизованного ПАЛ (4) от pH.

Таблица I

Основные характеристики динамических иеибран из

- полиэлектролятсв

Мембранообоазу-щее вещество !рН форгляоулцего! ! раствора . ! К,% ! & •10°, м.С-Х

Желатин ■ 3,15 36,1 1,13

5,2 05,0 1,04

10,3 79,2 1,58

Г П А А . 2,3 • 95,2 0,38

6,6 67,0 1.4

П А А 2-10 43,5-47,6 2,3

Сополимер АА-ДЭАЭМ , 2,3 61,7 2,25

9,1 92,0 . 1,2

' И,4 79,6 2,09 .

ПАК 2,46 96,8 ' , 1,27

10,8 71,7 1,89

мембран мэкромолекуляют маловероятна, поскольку разкар качргч.етле-кулярннх клубков на псрядоя и более прев шла ет размер пер. Пр-1 использовании в качестве подложек -ультрафильтров водочроп'гпле?!ость при введении мембрапообразртцэго веаеотва снитается в - - ]ПО рпэ -соответственно для УАМ-50 я УАМ-500. При этом задержка электролитов возрастает в 2-10 раз. В случае использования в качестве пед-локки нембраян УАМ-5С0 в зависимости от условий эг.опет'Ч'-'"нта зе-дерхка увеличивается от нуля до 50-95-3 (табл.?).

Установлено, что ДМ,сформированное на пелдолг.ах с различт'к’.' размером пор,имеют практически одинаковую производительности. Б то же время селективность мембран па- мелпопоряотоЛ лодлояке (ТАМ-100) на 10-15,1! вяае таковой для да на крупногорпгтой поллог.^е-(УЛМ-500).

Нэблюдяеюе зависимости нарушаются нрп изменении рп у<ч,’бр.зно~ образунпего раствора, что сяя’ано с изкекпптеи кояфос»*т»яр макромолекул. Характер пзмррврпя производительности в яро>/«<у!г' >г*ч-

ровчяия ЛИ лз сопол1,У',1'з Н-ДГЧЗ';' на 74?*-500 по»аччрдп?, что при яспоямоватгя растти-о-гв о •*я»п"«ял*яой ряяррсти» (pH гг.'-тлда

• ■ _ в - .

' • Таблица 2

Характеристики ацс-татцеллгясзнш: меыбран-подлояек и сформировавши: динамических мембран, измеренные в 0,02 М ‘ растворе сульфата магния • • ■

Марка мембраны ! Я , % ■ ! С- ' Ю&, м.с'-*-

!иемраиз без !добавки ПАА |ДО кз ПАА 1ыег.к5раяа без (добавки ПАА !ДМ из ПАА ! >

УАЙ-500 • 0 . • 69,5 48,4 0,46.

УАМ-300 7,2 . 72,3 6,9 о;45

УАМ-150 49,8 83,6 ' 3,63 0,44

УА1.:-50 93,1 98,2 0,86 0,43

НГА-70 93,5 ' 97,3 1,33 0,43

>.*ГА-50 ' 93,2 99,1 0,45 . 0,39

Ш'АтЮО 93,55 99,52 0,38 ‘ 0,28

5,6) идет медленное ^армирование плотной ДМ с'Низкой разультиру "щей производительности (рис.З). ' . ’

Рис.З. Изменение производительности ДМ ИЗ С01101 ыера АА-ДЭАЭМ в с]^оц£ се |,ор.мярсв&1п»я при 5

11,4 (I); 5,0 (2); 7,2 (3); 2,5 (4); 8,1 (5) и 9,15 (б).

ГТг мя!ч уаалятп от пз тектррчее!^ телки уввлтвамая пазмр 1"-':п?:*слч»тл пмтзгокт-голк?? (рЧ 2,3 п 7), ссответственпо, том* *г •с-'Е к. 1!г« гН 5,0 я 11,4 "олекулн иолй?лектролтгп рпг^х’с? го«?-^г<г.гз’л, «»£'Коэ??.чгпкгчврние клубки рэчпео*?™ П ?п.г.гг,,г«л Т--за «е?.*г«яге ряъИорсстат кчесвях етя

отталкивания; Мембранный слой быстрЬ формируется на поверхности подложки и такая ДМ имеет зысокуа производительность при низкой селективности. '

‘ Исследовано влияние давления и температуры ка процесс формирования ДМ из полиэлектролито.!. Показано, что скорость ^орылрова-1ия ДМ увеличгаается с ростом давления, поскольку увелігчение скорости трансмембранного потока в’ызывает увеличение количества *ХВ у поверхности мембраны-исдло.таи. Формирование ДМ при 5 :.1Па заканчивается б два раза быстрее, чем при I Ша.

Установлено, что влияние температуры на процесс формирования ДЦ неоднозначен. Как известно, производительность мембрани 7АН-ІС0 без добавки полиэлектролита лсьыиается до температури 323 К, з затем снижается вследствие стягивания пор. Установлено, что производительность ДМ, сформированных на ультрафильтрах,возрастает вс асе' интервале исследуемых, температур. Возможно, находящиеся в порах подложки макромолекули ПДА препятствуют сжатию пор мембраны. Несколько иной характер имеет зависимость производительности от температуры для ДМ на УА! 1-100 при pH 3,45. В этом случае ход зпвнс’З/о сти аналогичен для УАМ-100 без ПАА. Еозможно, при pH больше 2,5 макромолекулы вследствие увеличения размера не проникают в поры

ПОДЛОЖКИ УАМ-100 И ТЄ ЙЭСПреПЯТСТЗенНО СТЯГНВааТСЯ ПСИ ПСЕК'ТОНИИ

температуры. ■ ■ . / ■

В четвертой глава рассмотрены свойства ДМ из полиэлектролитол Показано, что изменяя структуру ХМ и заряд поверхности мояпо регулировать задерживающую способность мембран. .

. Задерика сахарозы максимальна на плотных ДМ, сформированиях из растворов с минимальной вязкостью (pH 2,5 для ПАА и 8-9 .для сополимера ААЧДЭАЭМ), т.е. задержка неиопизованного вещества определяется.в основном структурными свойствами ДМ. В случае неорганических электролитов значительную роль играет электрохимическое взаимодействие между зарязенннмя макромолекулами и коиоватя солей. При этом механизм ейессоливакщего д1- Хствия' обусловлен электростатическим исклтэнием коионов из ДМ. Установлено, что 'задержка а лг*кт политоп Д*Л яз ІІАА проходит через максимум, который иабллртвтся не п области формирования наиболее плотной мембраны, а в области pH 4-Е где, по-вядамому, нштботсе оптимально сочетается ропъ эчрчдя поверхности п размера пор ДМ (рис.4).

При более высоких зязчеттгят рТТ задерета, верочтло, счюгяетсч г результате урйяичеітч кчгізВ силы раствора и у?(*тпиг»«>пл '”'Р'тлз

ІЮиерХІіОСЇИ Д:.1 с пооишиике:/. концентрации электролита его задержк суцеотвенко снижается, а ее величини по сульфату натрия выше, че по хлориду. Эти £акти свидетельствуют в пользу электрохимической концепции ь<зХ2Ніізі.ш сбессоливашш, исходя из которой задержка во растает па мерз сикгенкя концентрации и повышения заряда коиона.

Рис.1. Зависимость задержки суль$а (1-3) и хлорид-ионов (4-6) ДІЛ из ИАА от pH раствора и концентрации сульаата натри

3-Ю*3 (I), 2-Ю"2 (2), 2-І

—Я

(3) и хлорида натрия -10

(4), ГО-2 (5), Ю"1 (6).

а' 4 6 8 ** ю

pH

Установлено, что да из исследуемых полиэлзктролитов обладай

заряцселективнші! свойствами. Рассчитан коэффициент разделения К

хлг.рид и сулзЛат-иеноз. Максимум Кр на ДО из ПАА наблюдается при

pH 4-5, іде достигает величин 4-35 при концентрации, соответстве -1 Я

но, 10 М. Показано, что задержка катионов из смеси хлорид

наїрля и кяльппл возрастает с уменьшением pH. Это может быть свя зяьо с уменьшением отрицательного заряда поверхности ДМ из ПАА и увеличение» тотнсста Д’А. Коэффициент разделения ионов кальция и натрия не пюмгает двух и практически не зависит от концентраті исходного {іаствопа.

Наследовано влияние давления и температуры на задержку й производительность мембран. Установлено, что повшіеіше давления ведет к увеличению производительности ДМ, ее задераки и величини Кр для хлорид- и еудьі^т-иоясБ. їїги давлении 1-3 МПа наблюдается отрпнателгкря 'йдерака хлорид-ионов, достигающая 10$.

Показано. т;о для *»! яз поли?лпстро.’ілтов увеличение темпера тури раствора еопрсвстазется госте’1 прей іводительносій при супес веирсм снтеепяг зядеіагаа. Для внягнсшя причин ухудшения задорят в а оту. т. свойств ЯМ из !МА с р.^стэт і «мпамтурн Сн?а ясследовяиа *м>!1г;п»уурряя зависимость вя^уосг? •*пп’ч>яггв ПДА с хіоридом нат-г •• •»* .п^нсгс с: прг,ги>леі-'гг’ Г” потоку. Уставе

*рчо, ч:? чч-'ке^п Р, І"' г?о-игр'Ч* 1ї*Л • ч^нчгзетсч с поян™?'>ирм т-V -’т». *’о г гн '-ч”.":' у, ттог р^якргс лгт г

эра уменьшение вязкости с повіпєрпєм теютеозгуры столь нозчочіт--елыто, что не мо.чет бнть ег,:тствеиноЗ пгір'п.чс!; резкого пзденчл адержкрзэдпх сссі'ств ДМ. Снп^еняе удельного сопротлр.чежгя слоя Дм стоку свидетельствует о тог-;, что с асвгаеччем тсгзтературк ттрг-:ю;со-пт изменения в структуре ДМ. Известно, «то о поввяеігои тскяерзг; и число гдяратппто П4А срп-зется о 1 до 3, дол.ч «ктопрсЯ вега в эрах мембрянч yi«»;№ лается, п с'чпаотся плотность учаксе:-;! частиц дяюмическсм мепврпшю:! слое. Эти J-тктср!: способствует учолчче-:тч проплводптельпос г л ДМ. пат зшг) ее сгле’'т;:зност:!.

' Показано, что заряд поверхности ДМ m ИДА яліуєт ча зядпрл::у разделение поноо. Методом '.глочного гедрожр* '.'или поручень’ ср*з> Зразцов підролнзсвгшнсго FLU. Потет!с:сретрк*вск:г« тггсосзкквм оп-"Лелена их степень пілролиза (СП - от Т' до 71*. !b"enemrc аяна>-ттт растворов грлрол’.псванрнх обрттгр поглззло, что vri зс’рзстарт увеличением СГ, т?т: чет: прч ато’: угг\тгч:гі''>етоя r'wrwjrro готт-спянніїх карбоксилътс: групп.

С ростом степени Гіідрол’гп ПАЛ увелнчгЕнется заїгр-ич сульЬпт-клорпд-поноз if коз$]чцчо.чт лх пчздчлэ’пет (mc.ii.a). Это свяг-про ростом деляга»:» ччрядл поверхности ДМ ч? ебразисв r^'w.-nnosiw;-

>0.5. Завпоі”.;:'',ть мч-Мтікєртз рйгд’лечі'ч (Л п чэ""гт'тт сульфэ;-и хлорі!vиороч (?) от гтепег-' гг-до' (СГ) п.'-Л (п) ч от гро Г» Г-' ТІ'ТетаїССГ! (б) JT-1 ЛЧ ПУПС.Т ЧЧ*9ППСГ о V’A.

ь'екя-’п”". что длп /У високо —.'чвагг'wwmrx обі-упое ТІЛА

т топ”’:" '••’ч-ростт! ''опг,огс”даптеч яг-’ч^.теччпа» ут'ччечч?’» '■■‘'л чзчо-'т:' б'. Зто !•■?:зет '''^ь rnr---ii!o о т?ч> -i~r. -.п.>тгг;

'Т СОРо; ‘ ,4 р; ’ г ■'** ГЧЗМСГОГ ". Г ■’ГЧ'ЧГП.’ ?Ч0~.'-\ ■- — ’ Т'ЛО

ЧОТСИ'ч —...„-7,- /ЛЛЄС "р:телі''!" СЛС." ! •'ОГ.МТТЗЛ

■ - ;■-'ч '''‘'7гс:"'”ленчс"! н^'Т '.у. .:! : ч'.тоЛ".'1’Vі "ТВ

ДМ возрастает при переходе от образца с СГ ЗСЙ к образцу о СГ 60$ на G?, тогда как степень гидролиза увеличивается в два-раза. При этом супествешю увеличивается заряд псверхности ДМ. Это ведет к увеличения задорзпвагцзй способности мембран.

1'сслеловани споПства динамической мембранн из полиакриловой киглоти (ПАК). ДМ формировали из растворов ПАК с концентрацией 0,1 кг/м при pH 2,5, когда макромолекулы неионизованы и формирует плотниР. уомЗрлнни!! .слой. Показано, что задержка иопов такой мембраной из раствора с концентрацией IO-^ М достигает 35-65;? для CI-, 7С-9С"'‘для S0+ и зависит от pH разделяемого раствора.

Установлено, что при иоботе с растворами, содержащая мпого-зарздпне катион», происходит сшивание полиакриловой кислоты ка . пег'.'ране-лодлскг.с. Так, длл раствора хлорида кальция (2‘ 10~^ Н) . увеличение pH раствора с 4 до G сопровождается десятикратным уменьшением пс;11глводительеостк ЛМ (ru:c,6). ■ '

G-'-iOi .

ff-C ?

Гис.6. йгшшке pH 2-10 M раствора

хлорида кальция на задержку

ц%

и

49

V

O.i

К1

ионов кальция (I), хлорид-ионов (2) и производительность (3) да г.з ПАК.

^ $ ї і

При ртсм на момбране-подлогже образуется пленка полимера, которая не растворчется при увеличении pH раствора. По-вилимсму, в области pH 4 происходит образование поли акрилат а к алы па, в результате чего какромолпкулярннё пепп ПАК сззтается в.нерастворимую пленку. Об я том, » частности, свидетельствует нарушение материального баланса по конам келмгся в процессе спивкн да. Количество Са2+ в пермеате к концентрше не равно количеству, иоступпьаоку в установку. Иару-иеіше баланса по палый» (4,8^0,3)‘ІО-** гоїш примерно соответствует обжнноЗ етаости колстзотеа ПАК, ссепзсго на поверхности и п порах тх>пш;-подло*яй - (;>,2-0,3)*Ю~3 г-еіа. Из пповадекшк исследования следует, что ПАК мо.іно иснольпоаать в качестве мембранооб-разу.-.-ікго кесества д.ч<т ДМ. Однако следует осторезяо подходить к выбору рекдаа ее вкоплуатгции в рястворхс с киогозарядкюк ионами.

ЧТО производительность кекбрац изменяется С ростом pH (^ОргИруйД-гГО раствора снмбатно изменению его вязкости. Висскопронмодптелыше мембраны, сформированные из растворов о pH девизе 8, о-ттатся невысокой задержкой электролитов, которая мало зависит сг pH раствора (рис.7, кривые 1-3). Тогда, как дал мембран болеа плетите зь~ дёрака сульфат-лоно^ достигает 23-28;». Эют максимум наблюдается , в области pH. 6-Ю, где макромолекули форларуют ксмбраішиП слоіі с плотной структурой. В отоіі области ріі при исходно.1 концентрацій /> •

5-ю Ц задертка сулг.гат-понсз постигает 99,3.?, а хлорид-лонов -не превышает 2-3.1. Таким образе:.:, а з тех условиях получил і!з:.:.-.е^т, в котором поч'-’н отсутствсульфат-пони, а ксїшєьт!і;ін.:~ч хлоридов Практически неизменна по сравнения с исходным ваствором. Происходит разделение одноименно заряЕонних ионов. Кр хлорид- и суліЛлт-попоь з данном-случае достигает 64.

■ В пятой главе рпемотренн возможные сблазтл нряие-кеилч .динамических мембран.

Установлено,- что динамические мембраны из ЛАА и зепелшгера АА-ДЗАЭМ при производительности 40-75 л/м~.ч йогу? ч*чер?явать пеан кальпия в кислой среде на 80-90$ при давлении 5 *<Па. Иссчедование возможности работи ЛИ при pH 4-5 и более низком дамггаг показало, что с его уменьшением от 5 МПа до 0,3 М1а задерд-.га ДО т ПАА я 10"-' М растворе хлорида кальпия падает до 20!?, а ДМ из сополимера - до 40,t. Производительность соответственно составила 20 и 2Г л/'V'vt. Полученная величина з£дер>г<и яоясз .^естгестл прг гизком мчлюпз и достаточно высоко? протзолятилЕясстп позволяет ^спсллс^ят* Д" из пелиэ.тектролитев для првгаэргтрЛЕЯоЗ очистка води (табл.З). Нги-сутствзс сулгфат-этпгз а солскг^атоЙ годе не злпг?” чч Ч1д«р»дач~ ггт/ю способность ДМ и: поггэлчкгролятов, креме того, д':, чя;’ полямери акрилового ряде, способнн атдетат* пегерхкоот?1 *«■•*■!•'глч "т

----- ---------------- .і..

г % 5

% to /грц\

S раствора сульфата натрия Г,М из

сополимера АА-ДЭАЭМ от pH раствора З-ормнрозания и pH рабочего раствора. -Формиоуоди? расіаоо ПАА С pH: 2,3 (I); 5,0(2); ’

' 7,2 (3); 11,1 (4); 9,2 (5).

осаднссбразованш еулг-^тио-кэрбсштного типа, элективно ингибируя рост кристаллов при роюттной температуре.

Таблица 3

Применение ДМ пз ІІЛЛ я сополимера АЛ-ДЭА$’,! для умягчения дантатя води Бердянсксго эодохранилгая, содерхсдего, кг/м^: *М/“- 2,14; С Г - 0,70; Са2+ - 0,40; Мд - 0,20} общее солесодержаняе 4 кг/м®

Вид МОВ 1 Р, ! !.ЭТа ! ! л <* 9 * ~1 ,,ФЛ0"

ІСа'^+М^ ! $0*- ! ! СГ

Сополимер С,Г, 37,9 31,2 11,5 0,167

АА-ДЭАЭЫ I 50,0 36,0 20,3 0,233

2 72,7 55,6 31,? 0,3 3-і

3 81,8 68,0 43,1 0*472

4 В3,0 70,2 50,0 0,602

5 84,8 76,0 51,5 0,631

П А А I 40 40 2 0,32

5 57 60 5 0,82

Способность ікслелтсщк мембран разделить хлорал п сульфат нлг]>:ш да»рт йкгь пспадмоздт дли копреит ионного состава болі п нргмппдгппом « кеммзчт.шюм водоснабжения, когдч необходимо го-КЙНЯМ» СООТЙОЯСКЯЙ пониентгеїші.Ч хлорид- к суль^от-г.окоз,

Глкзооть Х’олекулярпой касса полученных полиэлэктродлтов к ггарогетн» ЬЕзеств, присутствующих в растворах очтибпоїчков а пропессо их пгкдаводства, позволили разработать о^’сктпвиуо мекб раину» технологию пх очистки от пяиогеиов. Очистка ведется ейао-9ад?ржппапцвй ДМ вз пирогешпе: веществ ка мєкбррие ЗЧШ-5СО.

Определены рабочяе параметры процесса очкотпа бяткйиояков п отработаны технологические резешы эксплуатации ыгьб^нной установив в заводских условиях. Показано, что очистку целесообразно проводить на усаженной в дистиллированной воде ыекбраае ЗГАМ-500 с последующим формированием из ее поверхности дкнагдпеского слоя из ютрогенов при давлення 0,2-0,3 МПа.

Проведена промышленные испытания разработанной технологи" на товарных впрогеїшкх концентратах флоримицяна к полшлякевнп Н при рабочем давлении 0,25 МПа к производительности Ц,46±0,03)

ы3/ы2.сут. Технология внедрена на Казвскен заводя ыеднрзгарагов ПО "Укрбкохшщюппрат". ЭкононическпЛ эйект о? т.иг.етлпл исвоД технологии длп очистки 325 шрд. ВД товьрнсго рипглорз по ши тмина М соссавил II,£ тис.руб.

' . ’ в н в о д и

1. Рассмотрели условия £о!Мрсяашш динамических ые:.;ории, цх свойства и праменение, недостатки и преимущества.

2, Наследованы закономерное?'! ^ормирозаная Д'дна."этес:и!Х мемб-

ран на полиакриламида я сслсл.аюра акр.чла.ота с д;пт:ао:.:;:;!оатпл-метакрилатс,:.!. Установлено, что процесс обрат сипл нд д^яалшеекях камбран из полиэлэктролитсз г.клэта~т стадия заполнен::.'? макрс'-.али-КуЛОКЙ доступных пор В «еьйраиь-подло-же С последу-:':»-.'.!! форс.’.'ровч-пвем иемЗрашгаго слоя на ее повьрхнссти. Показано, что ра-цер пор мекбран-подяохек типа УА1.1 не влияет на производительность дяна'.и-ческпх «смЗран, веля с1т 'сформпроэаяи из раотрзрсч с г.ягая.плт:а вязкостьг?. Изменение конДОкадоя макромолекул, о^усяопленнсе ятп-ян.чем pH или полной сиды, лранодя? к завясе.'с'зтя яааераивчггел свойств дпнш.'пческпх мембран от размера пор лок'к'гкя. ^ср^лропа-чаа п свойства ДМ существенно згзпсят от тгшерзтур? л нзрепада лпвяз-нга на мембране. Мембраны с внсг.гой зэдеретразсл?^ евособвестьв '1с~-но полпять* повнзая давление и стакан- гедазрэтуру раствора. Яли-янпе указанных факторов связывается с азмерзшюм плотности неубранного слоя. ,

, ’ 3. Всесторонне исбледованч свойства полпэлектролитн!??: л'е»'-?ргш.

Установлено, что максимальная задержка яеяспязсванного компонента раствора (сахарозы) отвечает наиболее плотно?} структуре дтеа'ппе-бкйх ме?.«5ран. При задержке электролитов значите льну'-о роль ’«грает электростатическое вззйгодейотвяе конов о заряжение5 повсгстссиж мемйрзнн и максимум эдверакя наблюдается з условчяг, когда пчг.более оптимально сочетается влшшяе зарчда поверхности к размер пор дя-нр*чгческо!1 ?.'е>.<5ранц. Нсследсвптзте золери’я ялектготасв на дгкз»/*-пгсяях ?.'с:1браяэх пз нзлкакгма-^дч в пчлвсгаэтсти от степени его гядр'-лчза (величины заряда псяептпостя г'емЗрапа) показало, что эдагтро.паспестей недолет ^аде'г'гл ?лектр'-лчтоз заряг.«я^г.!я уяпЛ-раяг**я впляегоя яоеейладаггетк.

.. '1. !!о*СЯ.?.?!>0, что язтазлектт'стктнно 1»-м^рп5П1 облЗДЧТ'Т 3*ЙЯД-

0,-1гр1„.,г, ??0яСТ!,п«п. 3 зязистлзстя от мггкэтрчцрп о.^п^пята

K!W'J-;-nui;m разделения хлорид- к оулх$от ионов изменяется в предела,- G-C4. . .

!>. Ног-папа вспшт.нозть использования исследуемых мембран на ста:;:!;: прс'Л-’-'-’рзггстытоЛ очлстки солоновтпк вод перед их обессола-baijow ссрэпшм осгоссм ил;: глп опреснения сдабоданерализованит: вод. ЗлрЯ2озлечигвныв своПотвп мембран могут бить попользованы для г.ор-гспп;!; лонного состава яоды в ирдая.т.гче/нюм и коммунальном водо-ОИОбто!!?.;!. . . ,

0. Раррзбгтчго и внедрено на Киевском заводе ?.1едпрепаратов технология re:i::poro!!i:.imxn!i растворов антибиотиков с покояьп caao-сбр"зу» !з;*хсп дгцу/лпеских мембран на ультрафильтрах УА^-500.

Сапспасс сслг'р^з.,;::о диссертации опубликовано в следуяии* работах: > • ■

1. iopi/upcuaiins в ебратрооототичесгл'е свойства динамических мембран :п полка;;р;итам;,ла/А.Т.Пплипснко . Е.А.Цапюк, В.Л.Дедечек, Д.Д.Кучгрук // 1п!1!Я и технология води. - 1984. - Т.6, JF 3. —

С,21!-217, '

2. Разделение сульфата и хлорида натрия полипкрилаидаюй дина голосусй митйраноЯ / В.Л.Дедечек, Е.А.Цапюк, Д.Д.Кучерук, A.T.Ftoin tic1!!ко /7 Химия и технология води. - 1985. - Т.7, £ 4. - С.26—29.

3. Особенности задерялк электролитов и неэлектролитов динами-

ческой 1:оуг<рл|!эй из полиакриламида / Д.Т.Пялиненко, В.Л.Дедечек, E.A.UaiHv-, Д.Д.Кучерук // Докл. All УССР. - Сер.Б.- 1985. - » 5. -С.65-65. . . ' •

4. Условие ^-ормгоэвания динамических мембран кз полпялектро-

пиюв / В.Л.Дедечек, Е.А.Цаищ, Д.Д.Кучерук, А.Т.Пилппешсо // Докл. АН УССР. - Сер.В. - Il’BG. - » - С.31-33. .

5. Дедечоя В.Л., Цпдап Е.А., Кучерук Д.Д. Разделение одно®гоп ко заргзешга* ионов динамическими mtf ранами m полкзлектролптов / Тезиек докладов Всесоюзно!! тучно-технической конференции "Осиовпн направления развития водоснабжения, водоотведения, очистки природных !1 сточных вод. - Харьков, 1985. - C.I5I-I53.

6. Счистка растворов антибиотиков от ппрогенних вецесгв кеиб-ранами отечественного производства / В.Л.Дедечек, Д.Д.Кучерук, FJ.A.Foj;mi:ii!i, Л.А.Псявх // Тезисн докладоз Всесоюзно!! конференции г0снор»>н« направления ксследозэний по обеспечении качестм антибиотиков и полупродуктов для их производства. - Москва, 1986. - C.IS5,

7. Дедечек В.Л., Кучерук Д.Д. Влияние pH на обрзтнооскотиче-

ские своЗства и формирований дппшчзскі;:. кзмЗрзи и-. зел ^’єііг.-^-литов // Хниия и технология вогш. ■- 1937. - *.9, 3. - !.

8. Дедечек В.Л., Кучзрук Д.Д. Умягче.ч::е води ;г.п!Г:іпг іс.с:зі:.

'мембранами пз полиэлекгролптов // Тезиси докладов 1 рзе.т/їг,-і:зіі-ской яоїт.ї'врзншаї "(Декбрани и мзкЗраилэя технология. - Кп&и, 1 Т.І. - С.18-20. ’ ’

9. Дедечек З.Л., Кучерук Д.Д. Иоиольїоііаігле пу.рихпотш'ко полкакслиганпда для кодл&пщроаакпя ацетатцеллгпсзпих сомЗр-.ц /7 Химия и технология води. - 1989. - Т.II, !1 2. - С.ІІ!Ї-ІІ7.

10. Дедечек В.Л., Кучерук Д.Д., Ясаоюрев Н.Л. Сзо.<ствд дк~

панических мембран из полиакриловой кислоті! // Х:;;:::л и гехнатсу;;,! води. - 1989. - ТЛІ, 3. - С.231-232. '

11. Дедечек В.Л., Богашшії М.А., Пономарев М.И. Пр,:;'.;!.5!,::л немЗрзнпой технологій для очпсткп расхворсв аптдбиотлков от ir.fp.5-генных веществ // Мембранная технология п ее иополг,зевание ,ь народном хозяйстве: Тёз. дом. научи.-техн. конф. - Челябинск, 193 3.-

С.87-88.

ЕФ 15356, пэцп. к печати и в свет 24.07.1930., объем I печ.л..________лак. 2260, тир. 100.

Размцожено в ООП ГВЦ ПК УССГ, Киев, і^йвкиепя. 4.