Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Том 15, № 5-6 (2025)
РАЗВИТИЕ МЕМБРАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РОССИИ И СТРАНАХ СНГ
Аннотация
В обзоре приведено краткое рассмотрение последних достижений в области мембран и мембранных технологий по мотивам докладов, представленных на последней конференции “Мембраны-2025” исследователями стран СНГ. Авторы уделили особое внимание синтетическим подходам, позволяющим получить мембраны различного типа. Также подробно рассмотрены новые технологии и области применения ионообменных, газоразделительных и фильтрационные мембраны.
Мембраны и мембранные технологии. 2025;15(5-6):285-298
285-298
ПЕРВАПОРАЦИОННОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ ФЕНОЛА ИЗ ВОДЫ НА ПОЛИАЛКИЛМЕТИЛСИЛОКСАНОВЫХ МЕМБРАНАХ: ЭФФЕКТ ДЛИНЫ БОКОВОГО ЗАМЕСТИТЕЛЯ
Аннотация
Фенол и его производные представляют серьезную экологическую угрозу даже при низких концентрациях, что делает их эффективное выделение из промышленных сточных вод актуальной задачей. Первапорационное разделение с использованием селективных мембран является перспективным энергоэффективным методом для концентрирования и выделения фенола из водных растворов. В настоящей работе впервые комплексно исследовано влияние длины алкильных боковых заместителей в полиалкилметилсилоксанах на их сродство к фенолу и воде, а также на транспортные свойства композиционных мембран в процессе первапорации. Расчет параметров Хансена показал, что полученные полимеры гидрофобны проявляют более высокое сродство к фенолу по сравнению с водой, однако с увеличением длины заместителя наблюдается снижение параметра взаимодействия фенол-полимер за счет снижения вклада полярных сил. Наиболее высокие коэффициенты распределения фенола (до 2.16 г/г) и наименьшие радиусы взаимодействия полимер-фенол достигнуты для полимеров с заместителями длиной 6–7 атомов углерода. Мембраны на их основе продемонстрировали максимальную селективность (~35) и фактор разделения (~11), которые находятся на уровне или превосходят некоторые литературные аналоги по соотношению селективность/проницаемость.
Мембраны и мембранные технологии. 2025;15(5-6):299-312
299-312
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРОВ ВОДЫ НА ИЗВЛЕЧЕНИЕ СО2 ИЗ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ МЕМБРАННОГО МОДУЛЯ
Аннотация
Несмотря на развитие атомной и альтернативной энергетики, тепловые электростанции, работающие на сжигании ископаемого топлива (угля, нефтепродуктов или природного газа), еще долгое время будут сохранять значительную долю в энергобалансе. В этой связи особый интерес представляет сокращение выбросов СО2 при сжигании органического топлива путем его улавливания и последующего использования или захоронения. В данной работе было проведено математическое моделирование одностадийного процесса мембранного извлечения СО2 из дымовых газов тепловой электростанции с учетом присутствия паров воды на массоперенос СО2 и без учета их влияния при различных режимах работы мембранного модуля. Для расчета были выбраны промышленно выпускаемые полимерные газоразделительные мембраны. Результаты моделирования показали, что учет присутствия паров воды позволяет уменьшить требуемую площадь мембран в 1.6 раза. При сравнении режимов работы мембранного модуля было показано, что режимы поперечного тока и противотока обеспечивают одинаковые показатели требуемой площади мембран для значений степени извлечения СО2 < 80%, тогда как режим параллельного тока становится менее выгодным уже при степени извлечения СО2 > 60%. Таким образом, для низких значений степени извлечения СО2 выбор режима не критичен, а для высоких – противоток имеет незначительное преимущество перед режимом поперечного тока.
Мембраны и мембранные технологии. 2025;15(5-6):313–323
313–323
ДЕГИДРИРОВАНИЕ УГЛЕВОДОРОДОВ В КАТАЛИТИЧЕСКИХ МЕМБРАННЫХ РЕАКТОРАХ С СЕЛЕКТИВНЫМ ИЗВЛЕЧЕНИЕМ ВОДОРОДА НА ПАЛЛАДИЙСОДЕРЖАЩИХ И ПНБИ-МЕМБРАНАХ
Аннотация
В работе рассматриваются особенности протекания процессов дегидрирования алифатических и алкилароматических углеводородов в каталитическом мембранном реакторе, в котором помимо стадии химического превращения реагентов в продукты реакции на катализаторе присутствует стадия разделения полученных продуктов на водородеелективной мембране. Для стадии разделения в первом случае применяли плотную мембрану, изготовленную из сплава палладий-рутений, скрученную в упругую пружину, которую размещали непосредственно в горячей зоне реактора (600°C). Во втором случае использовали последовательный газоразделительный модуль с установленной непористой пленочной полимерной мембраной типа полинафтопленбензимидазол (ПНБИ)-σ, работающий при пониженной температуре (250°C).
Мембраны и мембранные технологии. 2025;15(5-6):324-333
324-333
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА МЕМБРАННОГО ГАЗОРАЗДЕЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ РАЗЛОЖЕНИЯ СО2 С ПОЛУЧЕНИЕМ КОНЦЕНТРАТОВ СО И О2
Аннотация
Для процессов карбонилирования и оксилительного карбонилирования необходимо получение концентрата монооксида углерода или его смеси с кислородом. Получение таких концентратов возможно при плазмохимическом разложении CO2 на CO и O2. С учетом невысокой конверсии таких процессов существует задача по разработке схем разделения смеси 73% мол. CO2/ 18% мол. CO/ 9% мол. O2 с получением практически применимых концентратов. В данной работе предложена концептуальная схема разделения продуктов разложения CO2 с помощью технологии мембранного газоразделения с применением половолоконных газоразделительных мембран из полисульфона (ПСФ). Для проведения моделирования впервые были получены данные о переносе CO, CO2 и O2 через ПСФ мембраны в тройной смеси. На основании расчетов показано, что применением ПСФ мембран общей площадью 5.28 м2 при обработке 1 м3(н.у.)/ч смеси CO2/CO/O2 можно вернуть в реактор 93.9% CO2 с концентрацией 93.6% мол. и извлечь 68.5% CO с концентрацией 85% мол.
Мембраны и мембранные технологии. 2025;15(5-6):334-346
334-346
ВЛИЯНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ ПОЛИСТИРОЛСУЛЬФОНАТА НАТРИЯ НА ПОДВИЖНОСТЬ МАКРОМОЛЕКУЛ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ ПО ДАННЫМ ЯМР
Аннотация
Методом ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля изучены процессы диффузии в водных растворах полистиролсульфоната натрия различной молекулярной массы. Показано, что в данных полимерах катионы Na⁺ частично замещаются на ионы аммония NH₄⁺. Для интерпретации экспериментальных зависимостей амплитуд сигналов спинового эха протонов полимерной матрицы от величины градиента магнитного поля было введено логнормальное распределение коэффициентов диффузии, которое связано с молекулярно-массовым распределением полимера. Показано, что при одинаковой концентрации полимера с ростом молекулярной массы средние значения коэффициентов диффузии уменьшаются, а их распределения уширяются. В диапазоне концентраций от 20 до 65 молекул воды на сульфогруппу ширина распределения не зависит от концентрации, что указывает на отсутствие ассоциатов макромолекул. С дальнейшим ростом концентрации молекул полимера ширина распределения коэффициентов диффузии возрастает, что свидетельствует об образовании ассоциатов.
Мембраны и мембранные технологии. 2025;15(5-6):347-357
347-357
ПЕРЕНОС ПАРОВ ВОДЫ В ПОЛИ(2,6-ДИМЕТИЛ-1,4-ФЕНИЛЕНОКСИДЕ)
Аннотация
Мембраны на основе поли(2,6-диметил-1,4-фениленоксид)а (ПФО) широко применяются в промышленности для разделения различных газовых смесей. Несмотря на то, что в литературе широко представлены данные по газопроницаемости ПФО, сведения о паропроницаемости ПФО в значительной степени отсутствуют. В данной работе было проведено исследование переноса паров воды в аморфном ПФО при 35 и 50 °С в диапазоне изменения активности паров воды от 0.2 до 0.8. Для этого был изготовлен лабораторный образец композиционной мембраны с селективным слоем на основе аморфного ПФО. В результате исследования были получены зависимости коэффициента проницаемости паров воды от их активности. Обе зависимости (для 35 и 50 °С) показывают практически одинаковый уровень проницаемости и тенденцию уменьшения коэффициента проницаемости паров воды приблизительно на 17% с ростом их активности от 0 до 1. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании и эксплуатации мембранных систем разделения с мембранами на основе ПФО в случае присутствия паров воды в разделяемой смеси.
Мембраны и мембранные технологии. 2025;15(5-6):358–367
358–367
ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРГИРОВАННОГО В РАСТВОР УГЛЯ НА ДИФФУЗИОННЫЙ МАССОПЕРЕНОС ЧЕРЕЗ ИОНООБМЕННЫЕ МЕМБРАНЫ
Аннотация
Экспериментально исследовано влияние микрочастиц активированного угля (размером от 0.045 мм до 1 мм) в растворе на диффузионный массоперенос через ионообменные мембраны МК-40 и МА-41. Изучено влияние угольных частиц различного типоразмера, полученных путем фракционирования, а также двух видов – березового и кокосового – различающихся по физико-химическим и электрокинетическим свойствам. Показано, что введение микрочастиц угля в раствор приводит к увеличению диффузионного потока через мембрану. Получена зависимость степени изменения диффузионной проницаемости в системе раствор – мембрана – раствор от концентрации частиц угля в растворе в диапазоне от 0.1 до 2 г/л, что позволяет количественно оценить влияние микрочастиц на массоперенос. Дополнительно выявлено, что присутствие фенола в растворе приводит к уменьшению степени влияния, особенно в случае мелкодисперсных фракций. Результаты работы могут быть полезны при оптимизации комбинированных методов очистки сточных вод, включающих процессы адсорбции и электродиализа.
Мембраны и мембранные технологии. 2025;15(5-6):368-376
368-376