Введение к работе
Актуальность темы Процессы разделения жидких смесей на компоненты играют важную роль во многих отраслях промышленности В настоящее время наиболее универсальными, экономичными и экологически чистыми признаны мембранные методы разделения с использованием полупроницаемых мембран Их использование открывает широкие возможности для создания новых простых низкоэнергоемких технологических схем Одними из самых крупных потребителей мембран являются медицина, а также фармацевтическая и пищевая промышленности
Применение баромембранных процессов (т е процессов массопереноса через полупроницаемые мембраны при наложении градиента давления) является перспективным практически для всех отраслей народного хозяйства, в которых возникает необходимость разделения, очистки и концентрирования Несмотря на столь широкое применение, механизм этих процессов — в частности, причины задержки частиц, размеры которых меньше диаметра пор — все еще остается невыясненным, отсутствует также и комплексное исследование коллоидно-химических характеристик микрофильтров В настоящее время установлено, что на задержку коллоидных частиц в процессах микро- и ультрафильтрации влияют не только структура, но и электроповерхностные характеристики мембран и задерживаемых частиц, а также условия проведения процесса фильтрации Поэтому исследование коллоидно-химических характеристик мембран и задерживаемых частиц представляет интерес для более глубокого понимания механизма бароселективности, что важно не только для дальнейшего развития теоретических представлений о разделяющей способности мембран, но имеет и практическое значение, позволяя прогнозировать поведение мембран в различных технологических процессах, а также вести направленный синтез новых мембран с заданными технологическими параметрами
Цель работы заключалась в комплексном изучении структурных и электроповерхностных характеристик микро- и ультрафильтрационных мембран (МФМ и УФМ) и модельных систем - монодисперсных сферических частиц полистирольных латексов в растворах 1 1-зарядных электролитов, а также взаимосвязи этих свойств с бароселективностью мембран
Научная новизна Впервые в рамках единого подхода проведено комплексное совместное исследование структурных и электроповерхностных характеристик МФМ и УФМ и модельных дисперсий безэмульгаторных полистирольных латексов, позволившее уточнить представления о механизме мембранного транспорта при микрофильтрации Впервые предложен механизм бароселективности с учетом электрофоретического движения частиц в поле потенциала течения, возникающего при фильтрации суспензии через микрофильтры Показано, что учет электрофоретической составляющей приведет к уменьшению задерживающей способности мембран На основании анализа результатов расчета энергии парного взаимодействия частиц латекса между собой и с мембраной и учета электрофоретического движения частиц интерпретирована зависимость бароселективности от концентрации электролита Показано, что с ростом концентрации электролита происходит гете-рокаогуляция частиц на поверхности мембраны и пор и увеличение бароселективности мембраны
Впервые проведено сравнение электроповерхностных свойств промышленно выпускаемых ацетилцеллюлозных МФМ с модельной системой - ацетилцеллюлозной пленкой, нанесенной на поверхность плоскопараллельного кварцевого капилляра Установлено, что введение применяемых в промышленности модифицирующих добавок приводит к снижению электрокинетического потенциала мембраны и уменьшению вклада электростатической составляющей в бароселективность
Практическая ценность Полученный банк данных, содержащий структурные, электроповерхностные и бароселективные характеристики промышленно выпускаемых мембранных фильтров необходим в связи с широким использованием мембран в медицине (стерилизация воды и парентеральных препаратов путем микрофильтрации в больницах, поликлиниках, аптеках), в пищевой и фармацевтической промышленностях
Результаты исследования закономерностей фильтрации модельных дисперсий через микрофильтрационные мембраны важны для прогнозирования эффективности используемых в промышленности мембранных фильтров, осуществления научно-обоснованного выбора мембран при решении конкретных технологических задач, а также служат основой для синтеза мембран с заданными свойствами
Апробация работы Результаты работы были представлены в виде докладов на следующих конференциях II Международная конференция «Коллоид-2003» (Минск, 2003 г), IV Международная конференция «Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии» (Санкт-Петербург, 2004 г), III Научная сессия УНЦХ, посвященная 75-летию основания химического факультета и 70-летию основания НИИ химии (Санкт-Петербург, 2004), Международная конференция «Физико-химические основы новейших технологий XXI века» (Москва, 2005 г )
Публикации По теме диссертации опубликовано 6 научных работ
Положения, выносимые на защиту
Результаты комплексного исследования струкгурных, адсорбционных и электрокинетических характеристик промышленно выпускаемых ацетилцеллюлозных и нитроцел-люлозных мембран и модельных систем - монодисперсных безэмульгаторных полисти-рольных латексов с карбоксильными и сульфогруппами в растворах 1 1-зарядных электролитов
Результаты определения бароселективности мембран в зависимости от соотношения размеров частица-пора, концентрации частиц дисперсной фазы, рабочего давления и концентрации электролита
Результаты экспериментального и теоретического исследования процессов коагуляции модельных дисперсий и гетерокоагуляции в системе мембрана - модельная дисперсия
Механизм мембранного транспорта при фильтрации дисперсий с учетом влияния взаимодействия частица - частица и часгица — мембрана и электрофоретического движения частиц латекса в порах в поле потенциала течения на бароселективность микрофильтров
Объем и структура работы Диссертационная работа объемом 232 страницы машинописного текста состоит из введения, трех глав, содержащих 83 рисунка и 13 таблиц, выводов, списка литературы, включающего 108 наименований и приложения (28 стр )
Похожие диссертации на Коллоидно-химические характеристики микрофильтрационных мембран и монодисперсных безэмульгаторных полистирольных латексов в растворах 1:1-зарядных электролитов
