РОЗДІЛ 2
МАТЕРІАЛИ Й МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ ПРОЦЕСІВ МОДИФІКУВАННЯ МЕМБРАН ТА ЇХ ВЛАСТИВОСТЕЙ
2.1. Реактиви й матеріали
Мембрани. В роботі для дослідження процесу модифікування поверхні були використані трекові поліетилентерефталатні мембрани (виробництво ОІЯД м. Дубна, Росія) з розміром пор 0,05 та 0,08 мкм, товщиною 10 мкм. Такі мембрани характеризуються вузьким розподілом пор за розмірами, що дозволяє виключити проблеми, пов'язані із неоднорідністю пор та звивистістю порових каналів полімерних мембран, що робить їх особливо зручними для дослідження.
Речовини для модифікування. Для модифікування мембран використовували біанкерні сполуки (БАС) таких типів:
1) сегментовані олігоуретани різної молекулярної маси з кінцевими йоногенними групами;
2) дифільні аміновмісні оліго- і поліетери з різними йоногенними групами;
3) гуанідиновмісні олігомери ;
Cегментовані олігоуретани характеризуються наявністю гнучких гідрофобних олігооксипропіленових ланцюгів різної молекулярної маси, на кінцях яких розташовані жорсткі блоки з катіонними піридинійхлоридними групами - N+C5H5 (Cl-) та аніонними сульфатними групами -ОSO3K.
Аніоноактивні сполуки такої будови:
Катіоноактивні сполуки:
Таблиця 2.1.1.
Характеристики катіоноактивних та аніоноактивних БАС.
Йоногенна сполукаЙоногенна групаn;
(m+n+p)*MM
олігомера або його ланки Вміст йоногенних груп, %А-502OSO3-K+9122022,39 А-1002 18183115,36А-2002 3630169,75А-503*OSO3-K+7*153219,63А-3003* 52*43339,54К-502N+C5H5Cl-9123018,75К-1002 18187912,90К-2002 3628688,22К-503*N+C5H5Cl-7*167317,23К-3003* 52*42478,04 * сполуки розгалуженої будови;
Дифільні аміновмісні оліго- і поліетери з різними кислотними групами:
- Аміновмісний олігоетер з кінцевими карбоксильними групами
- Аміновмісний поліетер з сульфогрупами в боковому ланцюгу полімеру
- Аміновмісний олігоетер з цвіттерйонними групами вздовж ланцюга олігомера і кінцевими сульфогрупами:
- Аміновмісні аліфатичний (ІV) і арилаліфатичний (V) поліетери з сірчанокислотними групами:
- Розгалужений аміновмісний олігоетер з кінцевими сірчанокислотними групами:
- Аміновмісний блочний олігомер з кінцевими сірчанокислотними групами:
Сполуки 1, II, IV - VII використовувались в дослідженнях у вигляді калієвих солей. Характеристики цих йоногенних сполук наведені в табл.2.1.2.
Таблиця 2.1.2.
Характеристика дифільних йоногенних аміновмісних оліго- і поліетерів
СполукаММВміст йоногенних груп, %олігомераланки
полімераСОО-OSO3-SO3-I460-19,6--II-473--12,8III2600---13,8IV-485-20,0-V-501-19,4-VI1085--26,8-VII4200--4,6-
Гуанідиновмісні олігомери:
Біологічне забруднення полімерних мембран є однією з головних проблем мембранних технологій. В процесі експлуатації мембрани мікроорганізми осідають на її поверхні і за рахунок постійного підводу субстрату до поверхні мембрани інтенсивно розмножуються та утворюють біоплівку, що викликає руйнування поверхні мембрани, падіння її продуктивності за рахунок блокування пор та спричинює вторинне забруднення очищеної води продуктами метаболізму. Відомо, що більшість мембран, які випускаються промисловістю, не виявляють антимікробних властивостей і тому потребують модифікування бактерицидними агентами. Модифіковані мембрани гуанідиновмісними олігомерами, завдяки присутності специфічних груп (гуанідинових), забезпечують бактерицидну дію і призначені для отримання біологічно чистої води.
Таблиця 2.1.3.
Характеристика гуанідиновмісних олігомерів.
Йоногенна сполукаЙоногенна групаn;
(m+n+p)*MM
олігомера або його ланки Вміст йоногенних груп, %INHC(NH2)=NH2+Cl--54934,40IINHC(NH2)=NH2+Cl--23677,98IIINHC(NH2)=NH2+Cl-5022058,57IVNHC(NH2)=NH2+Cl-10*106426,60VNHC(NH2)=NH2+Cl-3043054,39 * сполуки розгалуженої будови;
Гуанідиновмісні олігомери є порошкоподібними речовинами добре розчинними у воді.
Низькомолекулярні електроліти. Водні розчини СаCl2 (х.ч.) і K2SO4 (х.ч.) з концентраціями: 1,0 . 10-3 , 3,3. 10-3 , 1,0 . 10-2 кмоль/м3.
Поліетиленгліколі. Для визначення коефіцієнту затримання мембран використовували поліетиленгліколі (ПЕГ) виробництва фірми "LOBA FEINCHEMIE" (Австрія) з молекулярними масами 1 500, 3 000, 6 000, 12 000 і 35 000. Для цього готували розчин ПЕГ на бідистильованій воді з концентрацією 3 г/л.
Гумінові речовини. Для вивчення впливу гумінових речовин (ГР) на розділювальні характеристики модифікованих мембран були використані їх водні розчини (гумат натрію, фірми "ALDRICH"). Для цього готували розчин ГР на дистильованій воді концентрацією 30 і 100 мг/л та 1 г/л.
Білки. В роботі використовувався бичачий сироватковий альбумін (БСА), фірми "SERVA" з молекулярною масою 67000 (ізоелектрична точка - 4,8). Для досліджень використовували водний розчин БСА з концентрацією 0,1 %.
2.2. Обладнання та розрахунки
Конструкція мембранного апарату. В дослідженнях використовували стандартну циліндричну комірку непроточного типу ФМ-02-200, (виробництво Мукачівського заводу комплексних лабораторій). Всі елементи комірки, що контактують с розчинами, виготовлені з некородуючих матеріалів. Внутрішній об'єм комірки складав 0,18 м3, площа робочої поверхні мембрани - 2,64 . 10-3 м2, максимальний робочий тиск 0,2 МПа. Для зниження впливу концентраційної поляризації на процеси розділення комірка обладнана магнітною мішалкою. Швидкість обертання мішалки складала 500 ± 10 об/хв. Контроль швидкості обертання проводився за допомогою строботахометра типу ТС-100. Досліди з фільтрації проводили при 20±2 0С. Робочий тиск у комірці задавали за допомогою стисненого азоту.
Схематично установка непроточного типу представлена на рис. 2.2.1.
Рис. 2.1.
Рис. 2.2.1. Схема фільтраційної установки не