Ионоселективные свойства трековых мембран Нечаев, Александр Николаевич

Введение к работе

. Актуальность работы. Мембранные методы разделения веществ находят все более широкое применение в современных химико-технологических процессах, в частности, в процессах получения пресной воды, очистки сточных „вод, получения высокочистой воды для .электронной промышленности, очистки инъекционных растворов в медицине, получения особо чистых вакцин и других биопрепаратов. Для реализации этих задач используются методы обратного осмоса, нано- и упьтрафильтрацми, основанные на применении тонкопористых мембран.. Экологическая чистота и экономичность обратного осмоса, нано- и ультрафильтрации делает их незаменимыми при усиливающейся техногенности и возникающих одновременно проблемах экологии. В свою очередь, высокоэффективная реализация обратного осмоса и нанофильтрации должна основываться на фундаментальных исследованиях физико-химического механизма селективного действия мембран по отношению к растворам определенного состава. Детальное изучение механизма формирования задерживающих свойств мембран позволяет создать научные основы получения высокоселективных и высокопроизводительных мембран. И одной из важных фундаментальных задач на современном этапе исследования процесса обратного осмоса и нанофильтрации является развитие теории, количественно объясняющей экспериментальные результаты. Однако¹, до сих пор экспериментальные исследования по изучению' механизма обратного осмоса и нанофильтрации проводятся на мембранах со сложной геометрией пор, что существенно затрудняет теоретическую интерпретацию полученных экспериментальных результатов. В свою очереди дальнейшее развитие представлений о механизме обратного осмоса и нанофильтрации сдерживалось отсутствием надежных экспериментальных данных, полученных на таком достаточно простом модельном объекте, каким в процессах ультра-и микрофильтрации является трековая мембрана ( ядерный фильтр ), поровая структура которой характеризуется правильной геометрией пор и рекордно малым разбросом пор по диаметрам, перечисленный круг проблем и необходимость их решения.и определяют актуальность этой работы. Представленная диссертация является частью плановых исследований, проводимых в Институте кристаллографии в рамках Государе-

- 4 -твенной научно-технической программы ч'Экологически безопасные и ресурсосберегающие процессы химии и химической технологии"

Цель работы. Создание на основе трековых мембран модельной пористой системы с ионселективными свойствами и экспериментальное исследование основных закономерностей, предсказываемых современными теориями обратного осмоса, на примере баро-мембранного разделения бинарных и тернарнарных растворов электролитов.

Научная новизна. 1.Получены ионселективные трековые мембраны и«исследованы их структура и физико-химические свойства. 2.Экспериментально изучены процессы разделения бинарных и тернарных растворов электролитов на этих мембранах; показано, что основным, физико-химическим механизмом обратноосмотического разделения растворов электролитов для полученных мембран является электрохимический. 3.исследованы электроповерхностные свойства ионселективных трековых мембран, при этом проведены прямые измерания удельной электропроводности заполняющих поры водных растворов .электролитов. 4.Методом потенциала течения определена плотность электрического заряда поверхности пор. 5.Проведено сравнение существующих теоретических представлений с экспериментальными данными, полученными с помощью ионселективных трековых мембран.

Практическая ценность работы. Разработанная на основе проведенных исследований методика изготовления ионселективных трековых мембран используется в научной практике ряда лабораторий Российской академии наук. На основе полученных в работе данных синтезированы ионселективные трековые мембраны, которые используются в научной практике как модельные пористые системы для изучения процессов обратного осмоса и нанофильтрации. Результаты работы создают основу для дальнейшего развития теории мембранных процессов, поэтому могут быть использованы для их оптимизации, способствовать совершенствованию структуры и прогнозировании физико-химических свойств современных обратно-осмотических, нано- и ультрафильтрационных мембран. Разработанные методы получения ионселективных трековых мембран были использованы при создании электрохимического биосенсора для исследования состава крови.

- 5 -Основные положения диссертации, выносимые автором на защиту 1. Разработаны методы синтеза модельных трековых мембран с диаметром пор 3-10 нм, обладающих ионселективными свойствами.

2.' Изучены структурные особенности и электроповерхностные свойства ионселективных трековых мембран.

1. Установлено, что ионселективные свойства трековых мембран в диапазоне размеров пор 8-Ю нм описываются в "рамках электрохимического механизма обратного осмоса.

2. Для бинарных растворов электролитов валентного типа 1-1 селектив-ность модельных трековых мембран коррелирует с подвижностью ионов в объемном растворе.

3. Экспериментально подтвержден ранее теоретически предсказанный б рамках электрохимического механизма обратного осмоса эффект "раскомпенсации" при мембранном разделении многокомпонентных растворов электролитов.

4. Селективные свойства модельных трековых мембран неаддитивны при разделении многокомпонентных растворов электролитов, содержащих противоионы с существенно различными подвижностями и зарядами.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы выносились в качестве докладов на Всесоюзном семинаре по электроповерхностным явлениям и мембранным процессам (Киев, 1989), 9 Международной школе Европейского мембранного общества ESMST (Москва, 1991), Международном совещании "Ускорительные капиллярные мембраны и их применение" (Варшава, 1990), 17 Международной конференции по радиационной химии (Дубна, 1994).

Структура диссертации. Диссертация соотоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы. Она изложена на ifO

страницах машинописного текста, включая^^ рисунков, таблиц и список литературы из &А,- наименований. .