Введение к работе
Актуальность темы. Одной из ведущих тенденций последних лет в, развитии молочной промышленности является широкое внедрение мембранной техники и технологии. Мембранные методы обработки вторичного молочного сырья (ВМС) - ультра- и нанофильтрация, электродиализ, обратный осмос — открыли новые возможности в области создания энерго-и ресурсосберегающих технологий, механизации и автоматизации производства, получения новых молочных продуктов с регулируемым составом и свойствами.
В России мембранные методы, и прежде всего ультрафильтрация, применяются, главным образом, для обработки молочной сыворотки. При этом получают концентрат нативных сывороточных белков, который затем используют для производства пищевых продуктов с повышенной биологической ценностью, и ультрафильтрат. Однако, сдерживающими промышленное применение мембранной технологии остаются проблемы поиска составов мембранных материалов, отвечающих специфическим требованиям для решения определенных задач фракционирования сырья, а также выявления основных факторов, влияющих на эффективность процессов мембранной фильтрации.
В настоящее время проявляется значительный интерес к полимерным материалам, используемым для изготовления мембран, и в частности, на основе вторичных ацетатов целлюлозы (ВАЦ), которые имеют целый ряд преимуществ (дешевизна, экологическая чистота, возможность контакта с пищевыми продуктами) Поэтому разработка технологии получения полимерных мембран, методов направленного регулирования их свойств и структуры, исследование процесса фильтрации вторичного молочного сырья на этих мембранах являются актуальными.
Цель работы, разработка полимерных пористых мембран из вторичного ацетата целлюлозы (1111 ВАЦ мембран) для глубокой переработки вторичного молочного сырья, позволяющих создавать экологически чистые, безотходные и энергосберегающие технологии
Задачи исследования* -поиск составов и изучение структуры растворов для формования полимерных пористых мембран с заданными свойствами, -получение полимерных пористых мембран на основе вторичного ацетата целлюлозы с использованием в качестве порообразователя этилового спирта; -исследование прочностных и структурных характеристик мембран с использованием электронной микроскопии и рентгенофазового анализа; -исследование и термодинамический анализ адсорбционных свойств мембран,
-исследование основных эксплуатационных характеристик мембран (про
ницаемости и селективности),
-изучение механизма переноса иошю-минеральных компонент вторичного
молочного сырья в капиллярных порах фильтрационных мембран; ,
-разработка магематической модели мембранной фильтрации ВМС и сравнение расчегаых и опытных данных. Научная попита: -впервые предложена новая формующая смесь ВАЦ-ацетон-этиловый
спирт для изготовления полимерных пористых мембран, -получены полимерные мембраны на основе вторичного ацетата целлюлозы с использованием в качестве порообразователя этилового спирта; -методами элекгронной микроскопии и рентгенофазового анализа исследована структура мембран, определены параметры пористости и степень кристалличности, -выявлены зависимости проницаемости и селективности разработанных
мембран от технолоіических параметров процесса фильтрации ВМС, -показано, что процесс фильтрации сопровождается адсорбцией аминокислот и белка из вторичного молочного сырья, рассчитаны термодинамические функции адсорбции, -рассмотрены электрохимические аспекты переноса ионов Са2+ и СГ, адсорбированных в нанокапиллярных порах мембран. Установлено, что значения коэффициентов диффузии ионов, экстраполяционных потенциалов электрической асимметрии мембран и длительности индукционных периодов зависят о г состава я пористости мембран. Предложено использовать в качестве критерия полноты фильтрационного разделения белковой и минеральной компонент ВМС величину относительной выходной концентрации ионов , а для непрерывного мониторинга фильтрации рекомендовано использование твердотельного наноселективного электрода из AgCl с мембраной, -предложена математическая модель процесса мембранной фильтрации ВМС, адаптированная к результатам экспериментов
Теоретическая и практическая значимость работы Расширены и углублены современные представления о структуре и свойствах пленочных мембран, изготовленных из вторичных ацетатов целлюлозы, а также о механизме фильтрационных процессов в таких мембранах, что является вкладом в развитие общей теории наноматериалов и нанотехнологий.
Предложен новый состав растворов для изготовления мембран, определены их эксплуатационные характеристики Разработанные мембраны позволят решить производственные задачи извлечения ценных компонентов из ВМС, снизихъ энергозатраты и ослабить антропогенную нагрузку на окружающую среду
Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на международных и всероссийских конференциях* Всероссийской конференции «Окружающая среда для нас и будущих поколений» (Самара, 2005); Международном симпозиуме восточно-азиатских стран по полимерным композиционным материалам и передовым технологиям «Композиты XXI века» (Саратов, 2005), Международном научно-техническом семинаре «Современные направления переработки сыворотки» (Ставрополь, 2006); Щ Всероссийской конференции «Физико-химия процессов переработки полимеров» (Иваново, 2006); VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань, 2007); IV Международной конференции «Перспективные полимерные композиционные материалы Альтернативные технологии. Переработка. Применение Экология» (Сарагов, 2007); Российской конференции с международным участием «Ионный перенос в органических и неорганических мембранах» (Туапсе, 2007); Третьей Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы: 4 статьи, 8
докладов на международных конференциях, 1 патент ,
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы, приложений.
