Fabrication of Ultrafiltration Membranes from PAN Composites with Hydrophilic Particles for Separation of Heavy Oil Components

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In this work, membranes were obtained from PAN with the addition of particles of graphene oxide (GO), PAN pyrolyzed under the influence of IR radiation (IR-PAN-a) and nanodiamonds (ND). The pore structure of the obtained membranes was studied. It has been shown that the addition of particles slightly reduces the average pore size of the membranes from 17 to 12–15 nm, which leads to a decrease in the membranes water permeance from 158 to 80.9–119.9 kg/m2 h bar. At the same time, the addition of particles led to hydrophilization of the surface—the water contact angle decreased from 65° to 48°–55°, which contributed to an increase in the flow of oil solutions in toluene by 2–3 times compared to the PAN membrane. At the same time, the addition of GO and IR-PAN-a contributed to a significant increase in the irreversible membrane fouling. On the other hand, the addition of nanodiamonds not only reduced the overall membrane fouling and increased the permeability of the separation mixture from 4.93 to 8.47 kg/m2 h bar, but also made it possible to recover more than 96% of the pure toluene flux. The membranes rejection with the addition of ND in the filtration of oil solutions in toluene 10 g/L was 85–89%.

About the authors

A. A. Yushkin

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, RAS (TIPS RAS)

Author for correspondence.
Email: Halex@ips.ac.ru
Russia, Moscow

A. V. Balynin

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, RAS (TIPS RAS)

Email: Halex@ips.ac.ru
Russia, Moscow

A. P. Nebesskaya

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, RAS (TIPS RAS)

Email: Halex@ips.ac.ru
Russia, Moscow

M. N. Efimov

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, RAS (TIPS RAS)

Email: Halex@ips.ac.ru
Russia, Moscow

D. S. Bakhtin

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, RAS (TIPS RAS)

Email: Halex@ips.ac.ru
Russia, Moscow

S. A. Baskakov

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medical Chemistry RAS

Email: Halex@ips.ac.ru
Russia, Chernogolovka

A. Yu. Kanatieva

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, RAS (TIPS RAS)

Email: Halex@ips.ac.ru
Russia, Moscow

References

  1. Ганеева Ю.М., Юсупова Т.Н., Романов Г.В. // Успехи Химии. 2011. Т. 80. № 10. С. 1034.
  2. Mullins O.C., Seifert D.J., Zuo J.Y., Zeybek M. // Energy & Fuels. 2013. V. 27. № 4. P. 1752.
  3. Sepideh Kashefi, Lotfollahi M.N., Shahrabadi Abbas // Heфтexимия. 2019. T. 59. № 6. C. 645.
  4. Юшкин А.А., Балынин А.В., Нехаев А.И., Волков А.В. // Мембраны и Мембранные Технологии. 2021. Т. 11. № 2. С. 155.
  5. Saufi S.M., Ismail A.F. // Carbon. 2004. V. 42. № 2. P. 241.
  6. Arias-Monje P.J., Lu M., Ramachandran J., Kirmani M.H., Kumar S. // Polymer. 2020. V. 211. P. 123065.
  7. Юшкин А.А., Балынин А.В., Ефимов М.Н., Муратов Д.Г., Карпачева Г.П., Волков А.В. // Мембраны и Мембранные Технологии. 2022. Т. 12. № 4. С. 286.
  8. Tsai H.-A., Chen Y.-L., Lee K.-R., Lai J.-Y. // Separation and Purification Technology. 2012. V. 100. P. 97.
  9. Drioli E., Giorno L. // Encyclopedia of Membranes. Springer. 2016.
  10. Scharnagl N., Buschatz H. // Desalination. 2001. V. 139. № 1. P. 191.
  11. Tran T.D., Mori S., Suzuki M. // Thin Solid Films. 2007. V. 515. № 9. P. 4148.
  12. Marbelia L., Mulier M., Vandamme D., Muylaert K., Szymczyk A., Vankelecom I.F.J. // Algal Research. 2016. V. 19 P. 128.
  13. Klaysom C., Hermans S., Gahlaut A., Van Craenenbroeck S., Vankelecom I.F.J. // Journal of Membrane Science. 2013. V. 445. P. 25.
  14. Апель П.Ю., Велизаров С., Волков А.В., Елисеева Т.В., Никоненко В.В., Паршина А.В., Письменская Н.Д., Попов К.И., Ярославцев А.Б. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 2. С. 81.
  15. Miller D.J., Dreyer D.R., Bielawski C.W., Paul D.R., Freeman B.D. // Angewandte Chemie International Edition. 2017. V. 56. № 17. P. 4662.
  16. Rana D., Matsuura T. // Chemical Reviews. 2010. V. 110. № 4. P. 2448.
  17. Yang X., Zhang B., Liu Z., Deng B., Yu M., Li L., Jiang H., Li J. // Journal of Materials Chemistry. 2011. V. 21. № 32. P. 11908.
  18. Cheng B., Li Z., Li Q., Ju J., Kang W., Naebe M. // Journal of Membrane Science. 2017. V. 534. P. 1.
  19. Ismail N.H., Salleh W.N.W., Ismail A.F., Hasbullah H., Yusof N., Aziz F., Jaafar J. // Separation and Purification Technology. 2020. V. 233. P. 116007.
  20. Li Y., Huang S., Zhou S., Fane A.G., Zhang Y., Zhao S. // Journal of Membrane Science. 2018. V. 556. P. 154.
  21. Fang L.-F., Jeon S., Kakihana Y., Kakehi J., Zhu B.-K., Matsuyama H., Zhao S. // Journal of Membrane Science. 2017. V. 528. P. 326.
  22. Jiang J.-H., Zhu L.-P., Zhang H.-T., Zhu B.-K., Xu Y.-Y. // Journal of Membrane Science. 2014. V. 457. P. 73.
  23. Grushevenko E., Balynin A., Ashimov R., Sokolov S., Legkov S., Bondarenko G., Borisov I., Sadeghi M., Bazhenov S., Volkov A. // Polymers. 2022. V. 14. № 8. P. 1625.
  24. Ong C.S., Goh P.S., Lau W.J., Misdan N., Ismail A.F. Fouling and Scaling in Desalination // Desalination. 2016. V. 393. P. 2.
  25. Ayyaru S., Ahn Y.-H. // Journal of Membrane Science. 2017. V. 525. P. 210.
  26. Wang X., Zhao Y., Tian E., Li J., Ren Y. // Advanced Materials Interfaces. 2018. V. 5. № 15. P. 1 t701 427.
  27. Zhang J., Xue Q., Pan X., Jin Y., Lu W., Ding D., Guo Q. // Chemical Engineering Journal. 2017. V. 307. P. 643.
  28. Eremin Y., Grekhov A., Belogorlov A. // Membranes. 2022. V. 12. № 11. P. 1100.
  29. Liu Q., Huang S., Zhang Y., Zhao S. // Journal of Colloid and Interface Science. 2018. V. 515. P. 109.
  30. Пулялина А.Ю., Тян Н.С., Файков И.И., Полоцкая Г.А., Ростовцева В.А. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 5. С. 375.
  31. Yu D.-G., Teng M.-Y., Chou W.-L., Yang M.-C. // Journal of Membrane Science. 2003. V. 225. № 1. P. 115.
  32. Qiu J.-H., Zhang Y.-W., Zhang Y.-T., Zhang H.-Q., Liu J.-D. // Journal of Colloid and Interface Science. 2011. V. 354. № 1. P. 152.
  33. Li X., Fang X., Pang R., Li J., Sun X., Shen J., Han W., Wang L. // Journal of Membrane Science. 2014. V. 467. P. 226.
  34. Younas H., Bai H., Shao J., Han Q., Ling Y., He Y. // Journal of Membrane Science. 2017. V. 541. P. 529.
  35. Arthanareeswaran G., Sriyamuna Devi T.K., Raajenthiren M. // Separation and Purification Technology. 2008. V. 64 № 1. P. 38.
  36. Yan L., Li Y.S., Xiang C.B. // Polymer. 2005. V. 46. № 18. P. 7701.
  37. Zhang X., Fang X., Li J., Pan S., Sun X., Shen J., Han W., Wang L., Zhao S. // Journal of Colloid and Interface Science. 2018. V. 514. P. 760.
  38. Mochalin V., Shenderova O., Ho D., Gogotsi Y. // Nano-Enabled Medical Applications. 2020. P. 313.
  39. Krueger A., Lang D. // Advanced Functional Materials. 2012. V. 22. Functionality is Key. № 5. P. 890.
  40. Etemadi H., Yegani R., Seyfollahi M. // Separation and Purification Technology. 2017. V. 177. P. 350.
  41. Efimov M.N., Sosenkin V.E., Volfkovich Yu.M., Vasilev A.A., Muratov D.G., Baskakov S.A., Efimov O.N., Karpacheva G.P. // Electrochemistry Communications. 2018. V. 96. P. 98.
  42. Efimov M.N., Vasilev A.A., Muratov D.G., Baranchikov A.E., Karpacheva G.P. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2019. V. 7. № 6. P. 103514.
  43. Юшкин А.А., Ефимов М.Н., Васильев А.А., Иванов В.И., Богданова Ю.Г., Должикова В.Д., Карпачёва Г.П., Бондаренко Г.Н., Волков А.В. // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2017. Т. 59. № 6. С. 548.
  44. Lee W.H., Bae J.Y., Yushkin A., Efimov M., Jung J.T., Volkov A., Lee Y.M. // Journal of Membrane Science. 2020. V. 613. P. 118477.
  45. Ефимов М.Н., Жиляева Н.А., Муратов Д.Г., Васильев А.А., Юшкин А.А., Карпачева Г.П. // Журн. физической химии. 2023. Т. 91. № 1. С. 1.
  46. Bakhtin D., Bazhenov S., Polevaya V., Grushevenko E., Makaev S., Karpacheva G., Volkov V., Volkov A. // Membranes. 2020. V. 10. № 12. P. 419.
  47. Shulga Y.M., Baskakov S.A., Smirnov V.A., Shulga N.Y., Belay K.G., Gutsev G.L. // Journal of Power Sources. 2014. V. 245. P. 33.
  48. Mironova E.Yu., Ermilova M.M., Efimov M.N., Zemtsov L.M., Orekhova N.V., Karpacheva G.P., Bondarenko G.N., Zhilyaeva N.A., Muraviev D.N., Yaroslavtsev A.B. // Russian Chemical Bulletin. 2013. V. 62. № 11. P. 2317.
  49. Абаляева В.В., Николаева Г.В., Ефимов М.Н., Ефимов О.Н., Дремова Н.Н., Карпачёва Г.П., Муратов Д.Г. // Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93. № 11. С. 1567.
  50. Овчарова А.А., Василевский В.П., Борисов И.Л., Усоский В.В., Волков В.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2016. Т. 6. № 4. С. 418.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (1MB)
3.

Download (842KB)
4.

Download (817KB)
5.

Download (103KB)
6.

Download (65KB)
7.

Download (122KB)
8.

Download (103KB)
9.

Download (138KB)
10.

Download (220KB)

Copyright (c) 2023 А.А. Юшкин, А.В. Балынин, А.П. Небесская, М.Н. Ефимов, Д.С. Бахтин, С.А. Баскаков, А.Ю. Канатьева

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».