Модификация ультрафильтрационных мембран на основе полиакрилонитрила

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрены три способа модификации ультрафильтрационных мембран на основе полиакрилонитрила (ПАН) полиэлектролитами: (1) объемная модификация при введении полиакриловой кислоты (ПАК) в формовочный раствор, (2) поверхностная модификация при использовании в качестве осадительной ванны водных растворов полиэтиленимина (ПЭИ) и (3) комбинация методов (1) и (2). Во всех трех случаях модификация мембран полиэлектролитами приводит к эффективной гидрофилизации поверхности ультрафильтрационных мембран (угол смачивания снижается с 41 до 15–25°). Установлено, что объемная модификация ПАН мембран при введении в формовочный раствор 0.05–0.2 мас. % ПАК приводит к снижению удельной производительности по воде со 110 до 96 л/м2 ч. Максимальный коэффициент задерживания поливинилпирролидона К30 – 96% зафиксирован при концентрации ПАК 0.05 мас. %, при последующем увеличении содержания ПАК коэффициент задерживания уменьшается до 70–73%. Поверхностная модификация ПАН мембран полиэтиленимином приводит к увеличению их удельной производительности более чем в 2 раза (до 233–294 л/м2 ч), при этом коэффициент задерживания по поливинилпирролидону К30 составил 82–96% в зависимости от концентрации ПЭИ в осадительной ванне. Показано, что совместный способ модификации снижает удельную производительность до 44 л/м2 ч, что связано с формированием полиэлектролитного комплекса и уплотнением структуры мембран. Установлено, что совместный способ модификации позволяет получить ультрафильтрационные ПАН мембраны с высокой степенью восстановления потока после фильтрации модельных растворов поливинилпирролидона (73–100% в сравнении с 65% для исходной мембраны) и гуминовых кислот (80% по сравнению с 73% для исходной мембраны).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. С. Бурть

Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси

Автор, ответственный за переписку.
Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072

М. В. Краснова

Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси

Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072

М. С. Макарова

Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси

Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072

А. Л. Яскевич

Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси

Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072

Т. В. Плиско

Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси

Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072

Е. А. Назаров

Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси

Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072

А. В. Бильдюкевич

Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси

Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072

Список литературы

  1. Wang S., Yin L., Dai J., Chen P., Liu Z., Zhao X., Chen C., Zhou H. // J. Environmental Chemical Engineering. 2023. Vol. 11. № 6. Р. 111464.
  2. Yu H., Cao Y., Kang G., Liu Z., Kuang W., Liu J., Zhou M. // J. Applied Polymer Science. 2015. Vol. 132. P. 41870.
  3. Zhao Y., Liao Y., Lai G. S., Yin Y., Wang R. // J. Membrane Science. 2023. Vol. 685. P. 121908.
  4. Dmitrenko M., Liamin V., Kuzminova A., Mazur A., Lahderanta E., Ermakov S., Penkova A. // Polymers. 2020. Vol. 12. P. 864.
  5. Ahmad T., Guria C., Mandal A. // J. Industrial and Engineering Chemistry. 2020. Vol. 90. P. 58–75.
  6. Penkova A.V., Dmitrenko M.E., Ermakov S.S., Toikka A.M., Roizard D. // Environmental Science and Pollution Research. 2018. Vol. 25. P. 20354–20362.
  7. Wardani A.K., Ariono D., Subagjo, Wenten, I.G. // Polymers for Advanced Technologies. 2019. Vol. 30. P. 1148–1155.
  8. Gryta M., Woźniak P. // Desalination. 2024. Vol. 574. P. 117254.
  9. Plisko T.V., Burts K.S., Bildyukevich A.V. // Membranes. 2022. Vol. 12. P. 724.
  10. Otvagina K.V., Penkova A.V., Dmitrenko M.E., Kuzminova A.I., Sazanova T.S., Vorotyntsev A.V., Vorotyntsev I.V. // Membranes. 2019. Vol. 9. P. 38.
  11. Koh E., Cho N., Park H.M., Lee Y.T. // J. Water Process Engineering. 2023. Vol. 55. P. 104094.
  12. Zhang Y., Tong X., Zhang B., Zhang C., Zhang H., Chen Y. // J. Membrane Science. 2018. Vol. 548. P. 32–41.
  13. Lu Q., Li N. // J. Environmental Chemical Engineering. 2021. Vol. 9. P. 106431.
  14. Wagner A., Ferraria A.M., Do Rego A.M., Mateus M., Azevedo A.M. // J. Chemical Technology & Biotechnology. 2019. Vol. 94. P. 3548–3558.
  15. Plisko T.V., Penkova A.V., Burts K.S., Bildyukevich A.V., Dmitrenko M.E., Melnikova G.B., Atta R.R., Mazur A.S., Zolotarev A.A., Missyul A.B. // J. Membrane Science. 2019. Vol. 580. P. 336–349.
  16. Gayatri R., Yuliwati E., Fizal A.N.S., Zailani M.Z., Jaafar J., Zulkifli M., Taweepreda W., Yahaya A.N.A. // Materials Today: Proceedings. 2024. Vol 96. P. 1–5.
  17. Kim D. Y., Kim M., Jeon S., Lee J., Park H., Park Y. I., Park S.J., Lee J.H. // J. Membrane Science. 2023. Vol. 688. P. 122114.
  18. Bubela H., Konovalova V., Kujawa J., Kolesnyk I., Burban A., Kujawski W. // Separation and Purification Technology. 2023. Vol. 325. P. 124573.
  19. Bildyukevich A., Hliavitskaya T., Melnikova G. // J. Membrane Science and Research. 2021. Vol. 7. P. 45–54.
  20. Bildyukevich A.V., Hliavitskaya T.A., Nevar T.N. // Membranes and Membrane Technologies 2022. Vol. 4. P. 195–205.
  21. Younas H., Bai H., Shao J., Han Q., Ling Y., He Y. // J. Membrane Science. 2017. Vol. 541. P. 529–540.
  22. Ahmad A.L., Majid M.A., Ooi B.S. // Desalination. 2011. Vol. 268. P. 266–269.
  23. Zhu L.J., Zhu L.P., Jiang J.H., Yi Z., Zhao Y.F., Zhu B.K., Xu Y.Y. // J. Membrane Science. 2014. Vol. 451. P. 157–168.
  24. Zhang L., Meng Z., Zang S. // J. Environmental Sciences. 2015. Vol. 31. P. 194–202.
  25. Sharma M., Alves P., Gando-Ferreira L.M. // J. Water Process Engineering. 2023. Vol. 52. P. 103487.
  26. Kuzminova A., Dmitrenko M., Dubovenko R., Puzikova M., Mikulan A., Korovina A., Koroleva A., Selyutin A., Semenov K., Su R., Penkova A. // Polymers. 2024. Vol. 16. P. 1236.
  27. Liu N.J., Yu J.Y., Chen X.Y., Liu L.F. // J. Membrane Science. 2024. Vol. 702. P. 122796.
  28. Emonds S., Kamp J., Viermann R., Kalde A., Roth H., Wessling M. // J. Membrane Science. 2022. Vol. 644. P. 120100.
  29. Burts K.S., Plisko T.V., Bildyukevich A.V., Rodrigues G., Sjölin M., Lipnizki F., Ulbricht M. // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2022. Vol. 632. P. 127742.
  30. Burts K.S., Plisko T.V., Sjölin M., Rodrigues, G., Bildyukevich A.V., Lipnizki F., Ulbricht M. // Materials. 2022. Vol. 15. P. 359.
  31. Plisko T., Burts K., Penkova A., Dmitrenko M., Kuzminova A., Ermakov S., Bildyukevich A. // Polymers. 2023. Vol. 15. P. 1664.
  32. Plisko T.V., Bildyukevich A.V., Burts K.S., Ermakov S.S., Penkova A.V., Kuzminova A.I., Dmitrenko M.E., Hliavitskaya T.A., Ulbricht M. // Polymers. 2020. Vol. 12. P. 1017.
  33. Plisko T.V., Bildyukevich A.V., Burts K.S., Hliavitskaya T.A., Penkova A.V., Ermakov S.S., Ulbricht M. // Membranes. 2020. Vol. 10. P. 264.
  34. Юшкин А.А., Балынин А.В., Небесская А.П., Ефимов М.Н., Бахтин Д.С., Баскаков С.А., Канатьева А.Ю. // Мембраны и мембранные технологии. 2023. T. 13, № 4. С. 331–344.
  35. Dmitrenko M., Kuzminova A., Zolotarev A., Markelov D., Komolkin A., Loginova E., Plisko T., Burts K., Bildyukevich A., Penkova, A. // Separation and Purification Technology. 2022. Vol. 286. P. 120500.
  36. Юшкин А.А., Ефимов М.Н., Васильев А.А., Иванов В.И., Богданова Ю.Г., Должикова В.Д., Карпачева Г.П., Бондаренко Г.Н., Волков А.В. // Высокомолек. Соед. А. 2017. Т. 59, №6. С. 548–558.
  37. Zhang B., Wang D., Wu Y., Wang Z., Wang T., Qiu J. // Desalination. 2015. Vol. 357. P. 208–214.
  38. Dmitrenko M., Zolotarev A., Plisko T., Burts K., Liamin V., Bildyukevich A., Ermakov S., Penkova A. // Membranes. 2020. Vol. 10. P. 153.
  39. Бурть Е.С., Плиско Т.В., Прозорович В.Г., Мельникова Г.Б., Иванец А.И., Бильдюкевич А.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12б № 2. С. 116–126.
  40. Burts K.S., Plisko T.V., Bildyukevich A.V., Li G., Kujawa J., Kujawski W. // Chemical Engineering Research and Design. 2022. Vol. 182 P. 544–557.
  41. Burts K.S., Plisko T.V., Prozorovich V.G., Melnikova G.B., Ivanets A.I., Bildyukevich A.V. // International Journal of Molecular Sciences. 2022. Vol. 23. P. 7215.
  42. Burts K., Plisko T., Dmitrenko M., Zolotarev A., Kuzminova A., Bildyukevich A., Ermakov S., Penkova A. // Membranes. 2022. Vol. 12. P. 653.
  43. Putintseva M.N., Borisov I.L., Yushkin A.A., Kirk R., Budd P. M., Volkov A.V. // Key Engineering Materials. 2019. Vol. 816. P. 167–173.
  44. Asadi A., Nazari S., Gholami F., Dolatshah M. // J. Water Process Engineering. 2023. Vol. 52. P. 103562.
  45. Parashuram K., Maurya S.K., Rana H.H., Singh P.S., Ray P., Reddy A.V.R. // J. Membrane Science. 2013. Vol. 425. P. 251–261.
  46. Modi A., Kasher R. // Water Research. 2024. Vol. 254. P. 121384.
  47. Zhang L., Kong W., Lan X., Yang, N., Jiang B., Zhang L., Wang R. // J. Membrane Science. 2024. Vol. 706. P. 122958.
  48. Li S. L., Guan Y., Qin Y., Chen Y., Cheng D., Gong G., Hu Y. // Desalination. 2023. Vol. 549. P. 116354.
  49. Yang X., Bai R., Cao X., Song C., Xu D. // Separation and Purification Technology. 2023. Vol. 316. P. 123769.
  50. Ghadiri M. A., Beyranvand A., Morsali S. // Advances in Polymer Technology. 2022. Vol. 2022. P. 8988568.
  51. Polisetti V., Ray P. // J. Applied Polymer Science. 2021. Vol. 138. P. 49606.
  52. Jang W., Yun J., Park Y., Park I. K., Byun H., Lee C. H. // Polymers. 2020. Vol. 12. P. 2441.
  53. Lohokare H.R., Kumbharkar S.C., Bhole Y.S., Kharul U.K. // Journal of applied polymer science. 2006. Vol. 101. P. 4378–4385.
  54. Ajibade T.F., Xu J., Tian H., Guan L., Zhang K. // Desalin. Water Treat. 2021. Vol. 224. P. 122–135.
  55. Lekena N., Makhetha T.A., Moutloali R.M. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2023. Vol. 11. P. 110883.
  56. Qin Y., Yang H., Xu Z., Li F. // ACS omega. 2018. Vol. 3. P. 4231–4241.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Зависимость вязкости и мутности ФР от концентрации ПАК.

Скачать (120KB)
3. Рис. 2. СЭМ-микрофотографии фрагментов поперечных сечений ПАН мембран в зависимости от концентрации ПАК в ФР: а – ПАН-0-0, б – ПАН-0.05-0, в – ПАН-0.1-0, г – ПАН-0.2-0.

Скачать (728KB)
4. Рис. 3. Транспортные свойства ультрафильтрационных ПАН мембран в зависимости от концентрации ПАК в ФР.

Скачать (165KB)
5. Рис. 4. СЭМ-микрофотографии фрагментов поперечных сечений ПАН мембран, полученных с использованием различных ОВ: а – ПАН-0-0, б – ПАН-0-0.1, в – ПАН-0-0.3, г – ПАН-0-0.5.

Скачать (740KB)
6. Рис. 5. СЭМ-микрофотографии фрагментов поперечных сечений мембран на основе ПАН: а – ПАН-0-0, б – ПАН-0.1-0.1, в – ПАН-0.1-0.3, г – ПАН-0.1-0.5.

Скачать (85KB)
7. Рис. 6. Зависимость угла смачивания ПАН мембран по воде от концентраций ПАК в ФР и ПЭИ в ОВ.

Скачать (136KB)
8. Рис. 7. Удельная производительность по воде (а) и коэффициент задерживания по ПВП К30 (б) ультрафильтрационных ПАН мембран в зависимости от концентраций ПАК в ФР и ПЭИ в ОВ.

Скачать (80KB)
9. Рис. 8. Степень восстановления потока после фильтрации раствора ПВП К30 в зависимости от концентраций ПАК в ФР и ПЭИ в ОВ.

Скачать (106KB)

© Российская академия наук, 2024