Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время наблюдается повышенный интерес к неорганическим мембранам, что объясняется их более высокой термической и химической стойкостью, а также механической прочностью по сравнению с органическими.
Одними из наиболее перспективных представителей неорганических мембран являются металлокерамические мембраны с селективными слоями из оксидов титана, циркония, кремния и алюминия. Интерес к ним вызван тем, что они сочетают в себе, с одной стороны, лучшие качества неорганических мембран, а с другой - не имеют их недостатков, таких как хрупкость, ограниченность форм изготовления и методов регенерирования. Однако, в литературе практически отсутствуют данные исследований по созданию металлокерамических мембран с регулируемыми адсорбционными свойствами поверхности. Поэтому актуальной задачей является изучение взаимосвязи структурно-поверхностных и селективных свойств металлокерамических мембран, а также разработка методов, позволяющих контролируемо их изменять. Это позволит расширить область применения данных мембран.
Цель исследований: Выявление взаимосвязи между структурными и поверхностными свойствами металлокерамических мембран с селективными слоями из оксидов титана, циркония, кремния и алюминия для разработки методов контролируемого регулирования адсорбционной активности их поверхности.
Научная новизна:
впервые проведен сравнительный анализ основных эксплуатационных и физико-химических свойств микрофильтрационных металлокерамических мембран и промышленно выпускаемых полимерных мембран различных типов (трековые мембраны из полиэтилентерефталата и полипропилена, нитрата и ацетата целлюлозы, полиамида). Установлено, что по производительности металлокерамические мембраны несколько уступают полимерным мембранам, но их селективность превышает эту величину для промышленно выпускаемых трековых мембран из полиэтилентерефталата;
показано, что ковалентное связывание этоксигрупп у-аминопропилтриэтокси-силана с функциональными группами поверхности микрофильтрационных металлокерамических мембран позволяет снизить ее адсорбционную активность более чем в 1,5 раза;
установлено, что необратимые потери модельных белков на микрофильтрационных металлокерамических мембранах, модифицированных у-аминопропил-триэтоксисиланом, могут быть снижены в 2,5-4 раза путем адсорбции на их поверхность водорастворимых полимеров, таких как поли-]Ч-винилпирролидон, гепарин, поливиниловый спирт, полиэтиленгликоль;
показано, что бездефектные мембраны с наноразмерными порами (номинально отсекаемая молекулярная масса менее 500 кДа) и с узким распределением пор по размерам (± 10%) могут быть получены методом электрохимического осаждения оксида алюминия на поверхность ультрафильтрационныхе металлокерамических мембран;
- впервые показано, что при электрохимическом осаждении селективных
слоев оксида алюминия и кремния на поверхность ультрафильтрационных
металлокерамических мембран получаются нанофильтрационные металлокерами-
ческие мембраны, обладающие ионной селективностью; последующее их
модифицирование у-аминопропилтриэтоксисиланом позволяет получать
положительно заряженные мембраны с устойчивым селективным слоем.
Практическая значимость:
показана возможность использования микрофильтрационных металлокерамических мембран для очистки и концентрирования основного белка цитохрома С (работа выполнена в Лаборатории адсорбции и хроматографии кафедры Физической химии Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова);
разработана методика экспресс-анализа селективных свойств ультрафильтрационных металлокерамических мембран с помощью их калибровки смесью из 2-х белков, которая может быть рекомендована для контроля качества этих мембран без потери информации об их основных структурных и селективных характеристиках;
показано, что ультрафильтрационные металлокерамические мембраны могут быть использованы для концентрирования вирусоподобных частиц краснухи, а также для выделения антител к вирусу клещевого энцефалита из асцитной жидкости; при этом установлено, что одна мембрана способна выдерживать до 5 циклов без изменения своих характеристик (работа выполнена в Лабораторний Концентрирования Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН).
Апробация работы. Основные результаты и отдельные положения работы представлялись: на 14-ом Международном конгрессе по химической технологии «CHISA-2000» (Praha, Czech republic, 2000 г.), на Международной конференции «Euromembrane 2000» (Jerusalem, Israel, 2000 г.), на Международном семинаре «Engineering with membranes» (Granada, Spain, 2001), на Российских научных конференциях «Мембраны-2001» (Москва, 2001 г.) и «Мембраны 2004» (Москва, 2004 г.), на Ежегодном конкурсе научно-исследовательских работ Института кристаллографии имени А.В.Шубникова РАН - 1-я премия (Москва, 2008 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них - 6 статей в научных журналах и 5 в виде тезисов докладов в сборниках материалов конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы, содержащего 223 наименования. Материал диссертации изложен на 108 стр. и включает 20 таблиц и 31 рисунок. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
