автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Технология и свойства модифицированных полимерных мембранных материалов на основе ацетатов целлюлозы

На правах рукописи

Потехина Лариса Николаевна

4852537

ТЕХНОЛОГИЯ И СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЦЕТАТОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Специальность 05.17.06 -Технология и переработка полимеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 20 И

• 1 СЕН 2011

4852537

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Седелкин Валентин Михайлович

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Кононенко Наталья Анатольевна

доктор технических наук, профессор Кардаш Марина Михайловна

Ведущая организация: ОАО «НИТИ-Тесар», г. Саратов

Защита состоится «23» сентября 2011 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.242.09 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 413100, Саратовская область, г. Энгельс, пл. Свободы, 17, Энгельсский технологический институт (филиал) ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет», ауд. 237.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан « » августа 2011 г.

Автореферат размещён на сайте ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» www.sstu.ru «» августа 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

В.В. Ефанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основной тенденцией в развитии современных промышленных технологий является снижение ресурсоэнергопотребления на выработку продукции с одновременным соблюдением требований по охране окружающей среды. Реализации этой тенденции способствуют разработки новых технологических процессов на основе мембранных методов.

Среди мембранных методов важнейшее место занимает нано- и ультрафильтрация, которые перспективны для выделения и концентрирования из жидких смесей веществ с широким диапазоном молекулярных масс (М=0,1-И000) КДа. К этим веществам относятся белки и их фракции, синтетические красители, гербициды и пестициды, лактоза, вирусы, пектины и многие другие ингредиенты.

Фильтрационные селективно проницаемые мембраны изготавливаются из различных материалов, но до сих пор основным сырьем для их производства являются полимеры. Мировой рынок полимерных мембран достигает 80%.

Особое место среди полимеров, из которых получают фильтрационные мембраны, занимают ацетаты целлюлозы, которые использованы в диссертации как полимерное сырье.

Для выделения из смесей ингредиентов с различной молекулярной массой необходимы мембраны, отличающиеся размерами пор и распределением этих пор по размерам. Ассортимент полимерных фильтрационных мембран, особенно отечественного производства, недостаточен и актуальной задачей является разработка новых типов мембран с заданными эксплуатационными характеристиками.

Наиболее перспективным подходом к изменению структуры и функциональных свойств полимерных мембранных материалов является проведение модифицирования во всех звеньях технологической цепочки их изготовления: сырье - формовочный раствор - фильтрационный материал. В настоящее время для регулирования структуры и свойств полимерных мембран используют в основном различные технологические приемы формования мембранного материала.

Практически не изучено влияние на структуру и функциональные характеристики мембран введения в полимерные формовочные растворы твердых наполнителей различной природы и фракционного состава.

Представляет также интерес исследование модифицирования самого полимерного сырья физико-химическими методами с целью его активирования, изменения надмолекулярных и макромолекулярных структур. В частности, исходная надмолекулярная структура ацетатцеллюлозы может быть изменена воздействием паров специфических растворителей, а также их смесей с водой.

Для выбора оптимальных способов и условий модифицирования необходимы научные данные о структурных и функциональных характеристиках мембранных материалов до и после модификации, поскольку условия формирования мембран оказывают определяющее влияние на их селективность и проницаемость. Полученные научные данные о структуре модифицированных мембранных материалов могут быть использованы для

углубления понимания механизма процессов переноса и построения моделей нано- и ультрафильтрации многокомпонентных жидких смесей.

Таким образом, поиск новых подходов к модифицированию полимерных мембранных материалов по всей технологической цепочке их изготовления, выявление закономерностей формирования структуры и свойств мембран является актуальной научной задачей как для оптимизации условий модифицирования, так и для прогнозирования изменений параметров переноса под влиянием различных модифицирующих воздействий.

Цель работы: разработка технологии получения модифицированных полимерных мембранных материалов на основе ацетатов целлюлозы.

Задачи исследования:

-разработка комплексного подхода к модифицированию мембранных фильтрационных материалов на основе ацетатов целлюлозы;

-определение сорбционных и структурных характеристик вторичных ацетатов целлюлозы, прошедших физико-химическую модификацию;

- разработка новых рецептур и изучение структуры и свойств модифицированных полимерных формовочных растворов и дисперсных смесей;

- получение ненаполненных и наполненных полимерных пористых мембранных материалов из модифицированных формовочных смесей;

- исследование морфологических, структурных, прочностных характеристик модифицированных фильтрационных материалов и мембран с использованием оптической и электронной микроскопии, эталонной контактной порометрии и других методов;

- определение основных эксплуатационных характеристик (проницаемости и селективности) разработанных материалов и мембран;

- использование полученных экспериментальных данных для разработки и адаптации математической модели мембранной фильтрации многокомпонентных жидких смесей.

Научная новизна:

- предложен комплексный подход к модифицированию полимерного сырья и формовочных смесей, позволяющий регулировать структуру и свойства мембранных фильтрационных материалов;

- получены научные данные о кинетике набухания порошкообразного диацетата целлюлозы (ДАЦ) в парах модифицирующих смесей вода-диметилсульфоксид (ДМСО) и вода-диметилацетамид (ДМАА). Установлено, что пары смеси воды с ДМСО поглощаются ацетатами целлюлозы с большей скоростью и в большем объеме, чем с ДМАА. Выявлены основные стадии поглощения паров модификатора ДАЦ, отличающиеся скоростью т и константой К набухания. Определены численные значения я и К для пяти характерных участков кинетической кривой набухания;

- предложены новые рецептуры гетерогенных формовочных смесей для изготовления наполненных полимерных мембран, защищенные патентом на изобретение;

- выявлено влияние модифицирования ДАЦ, включения в формовочные растворы различных порообразователей и твердых наполнителей на их реологические и оптические характеристики. Установлено, что введение в растворы ограниченного количества воды и этилового спирта в качестве порообразователей повышает изотропность растворяющих систем, способствуя ускорению набухания и сольватации полимера. Полимерные растворы, изготовленные из модифицированного ДАЦ, наибольшие структурные изменения претерпевают при содержании в полимере малых концентраций (0,1-0,5%) паров модификатора. Введение твердого наполнителя в полимерный раствор приводит к повышению его вязкости, для расчета которой получено единое аппроксимационное уравнение;

- получены новые наполненные полимерные мембранные материалы из формовочных смесей, модифицированных экологичными и дешевыми термообработанными отходами обмолота проса;

- выявлены особенности структурной организации модифицированных фильтрационных мембран и получены новые научные данные об их пористости, распределен™ пор по размерам, прочности, степени набухаемости в условиях эксплуатации;

- определены значения проницаемости и селективности разработанных мембран и установлены зависимости этих характеристик от структурных и технологических параметров. Показано, что наибольшей селективностью (до 85%) при максимальной проницаемости обладают мембраны, изготовленные из модифицированного полимерного сырья;

- предложена и адаптирована математическая модель мембранной фильтрации многокомпонентных жидких смесей, учитывающая особенности пористой структуры модифицированных материалов.

Теоретическая и практическая значимость. Расширены и углублены современные представления о возможностях физико-химического и структурного модифицирования вторичных ацетатов целлюлозы, формовочных полимерных растворов и мембранных материалов, а также о механизме фильтрационных процессов в полупроницаемых мембранах, что является вкладом в развитие научных основ технологии полимеров, их растворов и наноматериалов.

Разработаны рецептуры и технологические основы изготовления модифицированных полимерных мембранных материалов, определены их структурные и эксплуатационные характеристики. Изготовленные из этих материалов фильтрационные мембраны позволяют решать производственные задачи разделения полидисперсных смесей, а также проблемы очистки производственных стоков от высокомолекулярных органических соединений с целью ослабления антропогенной нагрузки на окружающую среду.

Полученные структурные характеристики мембранных материалов использованы также:

- на Саратовском комбинате детского питания при разработке технологических требований и регламента работы мембранной ультрафильтрационной установки производства творога;

- в ООО «ТехКом» при разработке технологии изготовления и производства опытной партии наполненных полимерных мембран на основе диацетата целлюлозы;

- в учебном процессе на кафедрах МППиТ, ХТ ЭТИ (филиал) СГТУ, а также для разработки рекомендаций по совершенствованию пищевых мембранных технологий.

Обоснованность и достоверность полученных результатов. В работе использован комплекс современных, независимых и взаимодополняющих методов исследования полимеров, полимерных растворов и мембранных материалов: ротационная вискозиметрия, метод спектра мутности, оптическая и электронная сканирующая микроскопия, методы адсорбционно-структурной и эталонной контактной порометрии, позволяющих получать экспериментальные результаты с приемлемой и контролируемой точностью. Воспроизводимость опытных данных оценивалась их статистической обработкой с анализом погрешностей. Полученные результаты сопоставлялись с данными других исследователей.

Положения, выносимые на защиту:

1.Подход к комплексному модифицированию полимерного сырья и растворов для формования мембранных фильтрационных материалов.

2.Новые рецептуры дисперсных формовочных смесей и изготовленные из них наполненные полимерные мембраны.

3.Результаты исследования структурных характеристик модифицированных диацетата целлюлозы, формовочных растворов, фильтрационных материалов и мембран.

4.Зависимости проницаемости и селективности разработанных мембран от их структуры и технологических особенностей.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы апробированы на: IV и V Всероссийских конференциях «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах - ФАГРАН-2008, 2010» (Воронеж, 2008, 2010); IV Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Физикохимия процессов переработки полимеров» (Иваново, 2008); V Международной конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2009); Всероссийской научно-практической конференции «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009, 2010); Международной конференции «Ионный перенос в органических и неорганических мембранах» (Краснодар, 2009, 2010); XIV Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности» (Москва, 2010); VII Всероссийской конференции молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2010); V Международной конференции «Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология - Композит-2010» (Энгельс; 2010); V Всероссийской Каргинской конференции (Москва, 2010); Всероссийской научной конференции «Мембраны-2010» (Москва, 2010); XIII Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии» (Иваново, 2010); IV Всероссийской научно-практической конференции

-6-

«Полимер - 2010» (Бийск, 2010); Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Ионный перенос в органических и неорганических мембранах» (Кемерово, 2010); XXIII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях -ММТТ-23» (Саратов, 2010); II Международной научно-практической конференции молодых ученых «Ресурсоэффективные технологии для будущих поколений» (Томск, 2010); V Салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2010).

Публикации. По материалам диссертации получен патент и опубликовано 25 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ.

Работа выполнена при финансовой поддержке: Министерства образования и науки РФ «Аналитическая ведомственная целевая программа «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)» (Проект 2.1.2/1767); Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (У.М.Н.И.К. 2009-2011 годы, проект 10164).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы.

Автор считает своим долгом выразить благодарность и признательность за научные консультации зав. кафедрой полимеров СГУ, д.х.н., проф. Шиповской А.Б.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная и практическая значимость полученных результатов, основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава «Современное состояние проблемы и задачи исследования» посвящена анализу современного состояния проблемы, связанной с получением полимерных материалов для баромембранной фильтрации многокомпонентных жидких смесей. Дана уточненная по молекулярной массе и размеру задерживаемых частиц классификация баромембранных методов, а также полимерных мембранных материалов. Рассмотрены потенциально перспективные способы модифицирования полимерного сырья, формовочных растворов и мембранных материалов. На основании анализа литературных данных сформулированы направление, цель и задачи исследования.

Во второй главе «Исследование характеристик полимерного сырья на основе модифицированных диацетатов целлюлозы (ДАЦ)» приведены свойства исходного полимерного сырья - днацетата целлюлозы, водноорганических смесей, которые использовались для модифицирования ДАЦ, а также полимерного сырья после его модифицирования.

В качестве водноорганических смесей были использованы бинарные смеси дистиллированной воды с растворителями - диметилсульфоксидом (ДМСО) и диметилацетамидом (ДМАА) в соотношении 90:10 по объему жидкости. В процессе модифицирования определяли текущие значения степени, скорости и константы набухания полимера.

На рис. 1 приведены кинетические кривые набухания ДАЦ в парах смесей воды с ДМСО и ДМАА. Полученные результаты показывают, что абсолютные величины поглощенных паров для рассматриваемых вариантов отличаются примерно в два раза.

Это свидетельствует о том, что пары смеси воды с ДМСО поглощаются ацетатами целлюлозы с большей скоростью и в большем объеме, чем с ДМАА. Поэтому следует ожидать, что образцы полимера, обработанные парами смеси с ДМСО, претерпят большие изменения своей структуры, чем образцы, обработанные парами смеси с ДМАА. Поэтому в дальнейших опытах по модифицированию ДАЦ использованы смеси с ДМСО.

Анализ кинетики набухания ДАЦ в парах исследованных бинарных смесей показал, что кривую набухания можно разбить на несколько временных участков, отличающихся скоростью и константой набухания. В нашем случае было выделено пять таких участков, отличающихся временем, средними на участке значениями скорости стДг и константами набухания Кйт.

В диссертации определены значения ш п К для всех участков, а также проведен анализ процессов, происходящих на отдельных стадиях набухания полимера, связанных с адсорбцией молекул паров смеси на поверхности пор твердой фазы, диффузией этих молекул в глубь полимерного каркаса, их проникновением в надмолекулярные и макромолекулярные структуры, а также взаимодействием с функциональными группами ДАЦ, приводящим к перестройке стерической структуры полимерной матрицы.

Полученное модифицированное полимерное сырье использовалось для изготовления формовочных растворов, из которых отливались образцы фильтрационных мембранных материалов.

Третья глава «Технология получения и свойства модифицированных формовочных полимерных смесей» посвящена рассмотрению технологических особенностей получения формовочных полимерных растворов и гетерогенных смесей, а также исследованию их структуры и свойств.

Исследования проводились для четырех групп формовочных смесей. Во всех смесях в качестве растворителя ДАЦ использовался ацетон квалификации ч.д.а. Первую группу составляли растворы ДАЦ-ацетон с массовой концентрацией полимера 3-20%. Во вторую группу входили растворы с порообразователями, в качестве которых использовались или вода, или этиловый спирт. Третью группу составляли растворы, для приготовления которых использовался ДАЦ, модифицированный парами смеси воды и ДМСО, ацетон и вода. К четвертой группе были отнесены гетерогенные формовочные смеси с твердым наполнителем, в качестве

8р*ыя о начала лроцдеса с, ш

Рис. 1. Кинетические кривые набухания порошка ДАЦ в парах смесей воды с ДМСО (1) и ДМАА (2)

которого использовались экологичные и дешевые термообработанные отходы обмолота проса (ТООП) двух фракций - 85 и 160 мкм.

Изучались реологические и оптические характеристики формовочных полимерных смесей с использованием вискозиметра Уббелоде и ротационного вискозиметра Шюои^ ЯИ 4.1, а также фотоэлектроколориметра КФК-3-01 в рамках метода спектра мутности. Определялось влияние концентрации полимера, наличия и концентрации порообразователей в растворе, степени модифицирования ДАЦ, содержания и концентрации твердого наполнителя на такие структурные характеристики формовочных смесей, как вязкость, показатель мутности, размер и число микрогелевых частиц (МГЧ).

На рис. 2 показаны зависимости эффективной вязкости г|эф от напряжения сдвига о и влияние на г|эф различных воздействующих факторов.

10 15 о. Па

40 ео 80 100 120 а, па

Рис. 2. Кривые течения полимерных растворов ДАЦ в ацетоне: а) 1 - 7% ДАЦ;

2-10% ДАЦ; б) 1 - 15% ДАЦ; 2 - 20% ДАЦ; в) I - 7%ДАЦ +5% воды;

2 - 7% ДАЦ+3% воды; 3 - 7% ДЛЦ+1% воды; 4 - 7% ДАЦ+15% этилового спирта;

5-7% ДАЦ+5% этилового спирта; 6 -7% ДАЦ; г) 7% ДАЦ с обработкой парами смеси вода-ДМСО: 1 - 0%; 2 - 0,1 %; 3 - 0,5%; 4 - 1,0%; 5 - 5,0%

Вязкость полимерных растворов, используемых для получения баромембранных фильтрационных материалов, концентрация полимера в которых колеблется в диапазоне 3-=-20%, очень сильно зависит от содержания ДАЦ (рис. 2 а-в). Вязкость растет с увеличением концентрации полимера, причем эта зависимость нелинейная. Во всем изученном диапазоне концентраций полимера в растворе наблюдался ньютоновский характер течения. Только при 20%-й концентрации ДАЦ в растворе с ацетоном появляется участок неньютоновского течения.

Введение в полимерные растворы ограниченного количества воды и этилового спирта в качестве порообразователей снижает вязкость растворов (рис. 2 г). Более детальное изучение структуры таких растворов с привлечением метода спектра мутности (рис. 3) указывает на повышение изотропности растворяющих систем в присутствии порообразователей. Их введение в раствор приводит к уменьшению размеров микрогелевых частиц (дисперсной фазы раствора в виде агрегатированных макромолекул) и к увеличению их количества в единице объема.

а б

Сод*рканмеодывбин<рноыраетворитал*С.,%(шее.) Сод*ржмн» воды* бинарном раст&орит«ле Са, %(м«и.)

Рис. 3. Зависимости среднего эффективного радиуса МГЧ (а) и числа МГЧ (б) от содержания воды в растворе

Вязкость полимерных растворов, изготовленных из модифицированного порошка ДАЦ, больше вязкости сравнительного раствора из ДАЦ без паровой обработки (рис. 2 д). Особенно сильно (~ на 70%) вязкость возрастает для растворов, содержащих ДАЦ с 0,1% концентрацией паров смеси вода-ДМСО. Затем значение г|эф начинает уменьшаться, не достигая, однако, значения вязкости базового раствора из немодифицированного ДАЦ.

Структурные изменения в растворах из модифицированного полимера подтверждаются также оптическими характеристиками (рис. 4).

а б

Ствмнь набухяния а, %

Рис. 4. Зависимость среднего эффективного радиуса МГЧ (а) и числа МГЧ (б) от степени набухания ДАЦ в парах смеси вода-ДМСО

В диссертации дано подробное обоснование отмеченного выше характера влияния парового модифицирования ДАЦ на структуру полученных растворов. Показано, что основные конформационные изменения полимер

претерпевает при его модифицировании малыми дозами (0,1-0,5%) паров смесей вода-ДМСО, активно взаимодействующих с функциональными группами ацетатов целлюлозы.

Четвертую группу смесей для формования мембран представляют полимерные гетерогенные системы, включающие, кроме полимера и растворителя, нерастворимую дисперсную фазу (твердый наполнитель). В диссертации разработаны рецептуры таких композиционных полимерных формовочных смесей с наполнителем из ТООП. Составы и технология приготовления смесей защищены патентом на изобретение.

Рис. 5. Кривые течения полимерных формовочных смесей (7%ДАЦ в ацетоне), содержащих различное количество твердого наполнителя двух фракций: 1 - без наполнителя; 2 - 7,8%ТООП; 3 - 14,5%ТООП; 4 - 20,3%ТСЮП; 5 - 25,3%ТООП; 6 - 7,8%ТООП;

7- 14,5%ТООП; 8 - 20,3%ТСЮП; 9 - 25,3%ТООП (2-5) - 85 мкм; (6-9) - 160 мкм

На рис. 5 приведены кривые течения формовочных смесей, содержащих твердый наполнитель двух фракций, и базового маточного полимерного раствора. Как видно, введение твердого наполнителя в полимерный раствор приводит к повышению его вязкости, которая характеризует в данном случае суммарную сопротивляемость суспензии дисперсных частиц деформациям в вязкотекущем потоке и определяется энергией как межмакромолекулярного, так и межфазового взаимодействия. В диссертации детально рассмотрен механизм воздействия различных факторов на деформацию объема текущей полимерной суспензии.

Полученные опытные данные по вязкости наполненных полимерных смесей хорошо аппроксимируются уравнением

где г)зф и //,>ф - эффективная вязкость суспензии и маточного полимерного раствора, соответственно; <р2 - объемная доля твердых частиц в растворе; <р„, - максимальная объемная доля наполнителя.

В четвертой главе «Исследование структуры и свойств модифицированных фильтрационных материалов и мембран» рассмотрены особенности процесса формования изделий из модифицированных полимерных растворов и гетерогенных полимерных смесей. Для обеспечения сравнимости результатов во всех опытах нами был использован сухой способ формования. Опытные образцы изделий изготавливались методом полива тщательно перемешанной формовочной смеси на гладкую стеклянную

-11 -

подложку, которая пришлифовывалась к ториу цилиндрической формы диаметром 70 мм. Отливки выдерживались на воздухе при постоянной температуре 25°С±2°С до полного их перехода в ксерогель.

Проведен анализ динамики фазоинверсионного процесса. Исследования структуры растворов ДАЦ показали, что в начальной стадии фазоинверсионного процесса полимерный раствор не является молекулярно-гомогенным, а уже содержит микрогелевые частицы (ассоциаты) с большими, чем у макромолекул, размерами. Поэтому первой стадией фазовой инверсии предложено считать не золь 1, как принято, а золь 2, и тогда фазовая инверсия будет происходить по схеме: Золь 2—-»Гель.

С использованием диаграммы «Характеристические температуры -концентрация полимера в растворе» выявлены и кинетически описаны основные стадии процесса формирования мембранных изделий из полимерных растворов и полимерных смесей с твердым наполнителем. Предложенный механизм фазоинверсионного процесса формирования пористой структуры фильтрационных мембранных материалов из полимерных растворов и гетерогенных смесей был подтвержден результатами экспериментальных исследований.

На рис. 6 приведены фрагменты структуры образцов мембранных материалов, полученных из растворов с различной концентрацией ДАЦ.

а б в

Рис. 6. Фрагменты структуры образцов мембранных материалов (электронные микрофотографии при ув. 2х104): а -5%ДАЦ+аиетон, б - 7%ДАЦ+ацетон; в - 10%ДАЦ+ацетон

Видно, что в отлитых изделиях просматриваются агрегатированные структуры, которые наблюдались и в растворах в виде МГЧ. Это свидетельствует о том, что особенности структуры растворов переносятся на конденсированную фазу. С ростом концентрации полимера в отливочном растворе плотность упаковки дисперсной фазы в структуре мембранного материала возрастает, что должно приводить к снижению его пористости.

На рис. 7 приведены порометрические характеристики трех образцов изделий с разным содержанием ДАЦ. Параметры пористости определялись методом эталонной контактной порометрии (МЭКП)\ Анализ интегральных порометрических кривых (рис. 7а) показывает, что пористость изделий уменьшается с ростом концентрации полимера в отливочном растворе. Так, при концентрации ДАЦ 5% пористость образца составила 10,3%, а при концентрации 10% - только 5,8%. Таким образом, изделия, изготовленные из

* Измерения выполнены в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН под руководством д.х.н. Вольфковича Ю.М.

-12-

раствора ДАЦ в одном ацетоне, являются достаточно плотными и имеют низкую пористость.

1д г(г.ви)

Рис. 7. Интегральные (а) и дифференциальные (б) кривые распределения относительного объема пор по радиусам: 1 - 5%ДАЦ+ацетон; 2 - 7%ДАЦ+ацетон;

3 - 10%ДАЦ+ацетон

Как видно из рис. 76, в рассматриваемых образцах образуются поры с эквивалентными радиусами от 1 до 300 нм, Однако наибольшее количество пор приходится на область мелких мезопор в интервале 1-10 нм и средних мезопор в интервале 10-100 нм, что дает основание отнести анализируемые материалы к наноультрафильтрационным. Поры с радиусами >100 нм составляют не более 2 % от общего количества пор. В диссертации также получены интегральные и дифференциальные кривые распределения удельной поверхности пор по радиусам, что позволяет оценить потенциальную адсорбционную способность изделий из ДАЦ.

На рис. 8 приведены порометрические данные, по которым можно судить о влиянии на характеристики пористости введения в растворяющую систему третьего компонента (воды или спирта).

Рис. 8. Интегральные (а) и дифференциальные (б) кривые распределения

относительного объема пор по радиусам: 1 -1% ДАЦ+ацетон; 2 - 7%ДАЦ+ацетон+5% этилового спирта; 3 - 7%ДАЦ+ацетон+5% воды

Результаты измерений показывают (рис. 8 а), что добавление ограниченного количества воды и спирта в раствор полимера приводит к росту пористости фильтрационного материала. Введение 5% спирта и воды в 7% растворы ДАЦ повысило пористость изделий, соответственно, до 14,5% и 21,5%. В работе дан анализ различных аспектов влияния двух исследованных порообразователей на пористую структуру материала. Это влияние проявляется как через поведение воды и спирта в растворяющей системе, так и через их поведение в процессе формирования пор за счет разных температур кипения и летучести при испарении из отливки по сравнению с основным растворителем-ацетоном. Существенно отличаются от базовой и дифференциальные порограммы для этих двух вариантов (рис. 8 б). Видно, что для обоих образцов кривая распределения относительного объема пор по их размерам сместилась в область более крупных мезопор. Возросло количество средних мезопор, расположенных в интервале радиусов 10-100 нм. За счет увеличения числа именно этих пор интегральная пористость обоих образцов выросла. Приведенные результаты дифференциальной порометрии дают основание отнести мембраны из этих материалов к ультрафильтрационным.

На рис. 9 приведены порограммы для образца мембранного материала, изготовленного из раствора, в котором использован ДАЦ, поглотивший при модифицировании 0,1% паров смеси вода-ДМСО. Для сравнения там же приведены порограммы для образца, изготовленного из раствора, в котором использован немодифицированный полимер.

а б

|д г (г, нм)

Рис. 9. Интегральные (а) и дифференциальные (б) кривые распределения относительного объема пор по радиусам: 1 - 7%ДАЦ+ацетон+5% воды; 2 - 7%ДАЦ с 0,1% паров смеси вода-ДМСО+ацетон+5% воды

Сравнение порограмм показывает, что использование модифицированного ДАЦ приводит к увеличению пористости изделий до 35%. Профили дифференциальных порограмм для сравниваемых образцов оказались близкими. Поэтому можно считать, что пористость модифицированного образца выросла за счет увеличения числа пор всех зафиксированных размеров. Данные о распределении интегральных и дифференциальных

-14-

удельных поверхностей пор по радиусам показывают, что величины этих поверхностей для модифицированных изделий достигают 250 м"/г, тогда как для других образцов их значения не превышают 100-160 м /г.

Рис. 10. Интегральные (а) и дифференциальные (б) кривые распределения относительного объема пор по радиусам: 1 - 7%ДАЦ+ацетон;

2 - 7%ДАЦ+ацетон+7,8%ТООП (160 мкм);

3 - 7%ДАЦ+ацетон+25,3%ТООП (160 мкм)

о А-.-.

О 1 2

1д г {г. нм)

1д г (г, нм)

0.14

0,12 0.1 0,08 0,06 0.04 0.02 0

О

Общая пористость фильтрационных материалов с твердым наполнителем выше пористости материалов без наполнителя при одинаковом (7% ДАЦ) содержании полимера в формовочном растворе (рис. 10 а) и достигает 16%. В отличие от чисто полимерных изделий в изделиях с твердым наполнителем поры более равномерно распределены по их радиусам (рис. 10 б). Однако диапазон размеров образующихся в них пор более широкий и соответствует областям мелких (1-10 нм) и средних (до 300 нм) мезопор. Это делает мембраны из данного материала предпочтительными для выделения из многокомпонентных жидких смесей фракций с широким диапазоном молекулярных масс.

В диссертации дан анализ особенностей пористой структуры наполненных мембранных материалов на базе данных о структуре формовочных гетерогенных смесей и специфике фазоинверсионных процессов в этих смесях.

В частности, установлено, что на поверхности твердых частиц за счет адсорбции части макромолекул полимера образуется полимерная пленка со своей надмолекулярной структурой. Эти полимерные пограничные слои на частицах твердого наполнителя отчетливо видны на микрофотографии поперечного сечения образца (рис. 11).

Сроки службы мембран сильно зависят от прочностных характеристик фильтрационного материала и подложки, на которую он отлит.

Рис. ! 1. Микрофотография поперечного сечения мембраны с твердым наполнителем (ув. 100)

Прочностные испытания изделий проводились на разрывной машине по гостированной методике. В результате испытаний определялось разрушающее напряжение при растяжении ар.

Анализ полученных результатов показал, что прочность исследованных образцов сильнее всего зависит от концентрации полимера и твердого наполнителя, степени модифицирования ДАЦ, а также от материала несущей композиционной подложки. Проведен анализ причин снижения прочности мембранных изделий при введении в них твердого наполнителя.

После изготовления полимерные мембраны хранятся и транспортируются в сухом состоянии. Однако во время эксплуатации они контактируют с водными растворами, набухают в воде, что может приводить к корректировке их структуры и свойств. Поэтому было проведено исследование процесса набухания в водной среде мембранных материатов из ДАЦ. Опыты проводились на образцах с размерами 10x10 мм по методике, изложенной в главе 2.

Анализ кинетических кривых набухания полученных фильтрационных материалов показал, что все исследованные образцы подвержены набуханию в воде, приводящему к изменению их веса и объема. Это подтверждает наличие в изделиях пористости, зафиксированной порометрическими исследованиями, а также говорит о взаимодействии макромолекул ацетатов целлюлозы с молекулами воды. Влияние модифицирования проявляется в снижении скорости набухания образцов с ростом концентрации полимера в растворе, увеличении степени набухания материалов, изготовленных из модифицированного ДАЦ, большей набухаемости изделий, отлитых из растворов с порообразователями, росте степени набухания образцов, содержащих большее количество твердого наполнителя.

Сравнительный анализ порометрических данных и кривых набухания показал, что степень набухания в конце наиболее крутого участка кинетических кривых, который соответствует стадии адсорбции воды в порах надмолекулярных структур полимера, хорошо коррелирует с величиной общей пористости изделий.

Разработанные мембраны протестированы путем исследования проницаемости и селективности в процессе фильтрации многокомпонентной жидкой смеси, в качестве которой использовалась молочная сыворотка, очищенная от жировых включений в поле центробежных сил. Задерживающая способность (селективность) мембран ср определялась по сывороточному белку, радиус частиц которого находился в диапазоне 15-5-100 нм, а проницаемость - по удельной производительности мембран в. Погрешность определения О и <р не превышала 5%.

Результаты тестирования мембран приведены на рис. 12.

Анализ полученных результатов показал, что:

- рост концентрации полимера в растворе приводит к падению производительности мембран, что объясняется снижением их пористости. Проницаемость мембран по сыворотке значительно ниже, чем по воде. Это, видимо, связано с блокировкой пор мембраны белковыми фракциями. Селективность мембран, изготовленных из растворов ДАЦ-ацетон, составляет 60-70%. Такая сравнительно невысокая селективность объясняется наличием

Ксжцамтрация паров воды*ДМСО,%

К»НЦ*МТрШ|1М Н1ПОЛННТЙЛЯ, %

Рис. 12. Зависимости удельно» производительности (в) и задерживающей способности (ф) от концентрации в формовочной смеси: а) полимера; б) этилового спирта; в) воды; г)

паров смеси воды-ДМСО; д) твердого наполнителя (1,2-85 мкм, I1, 2 -160 мкм):

1 - удельная производительность по сыворотке; 2 - селективность по белку;

3 - удельная производительность по воде

в данных мембранах пор с радиусами >100 нм (рис. 7). Так как диапазон радиусов частиц сывороточных белков составляет 15+100 нм, то часть частиц с малыми размерами проходит через крупные поры, снижая тем самым величину задерживающей способности мембран;

- с ростом концентрации порообразователей в растворе проницаемость мембран увеличивается, что связано с ростом их пористости. Характеризующий селективность параметр <р также зависит от концентрации порообразователей в растворе, причем эта зависимость имеет экстремальный характер. Максимальные значения ср достигают величин 0,8 и связаны с тем, что рассматриваемые мембраны не содержат поры с радиусами >100 нм. Поэтому большая часть фракций белка задерживается мембраной;

- модифицирование исходного полимерного сырья парами специфических жидкостей увеличивает пористость и проницаемость получаемых из такого сырья мембран. Селективность мембран из модифицированного сырья достигает 85%, что дает основание рекомендовать их для выделения из растворов веществ с молекулярной массой более 10 КДа, в частности для ультрафильтрации вторичного молочного сырья;

- проницаемость полимерных мембран с твердым наполнителем увеличивается с повышением концентрации твердых частиц, что объясняется увеличением их пористости. Селективность по белку наполненных мембран находится на уровне 65-75%, что связано с наличием в них достаточно большого числа пор с радиусами больше 100 нм. Поэтому мембраны данного типа могут быть рекомендованы для выделения высокомолекулярных веществ (пектины, пигменты, бактерии).

Результаты исследований структуры модифицированных пористых материалов использованы также для разработки математической модели баромембранной фильтрации многокомпонентных жидких смесей, включающей перенос ионов, адсорбированных в капиллярных порах мембран. Сравнение результатов математического моделирования и опытных данных показало их удовлетворительное согласование.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложен и реализован комплексный подход к регулированию структуры и свойств фильтрационных мембранных материалов на основе ацетатов целлюлозы, основанный на проведении модифицирования полимерного сырья и формовочных растворов.

2. Выявлены особенности кинетики модифицирования диацетатов целлюлозы парами водноорганических смесей. Установлено, что максимальная степень набухания, значения скорости и константы набухания полимера на различных участках кинетических кривых зависят от состава модифицирующих смесей. Показана связь отдельных стадий набухания полимера с происходящими в нем адсорбционными, диффузионными и конформационными изменениями.

3. Разработаны новые составы полимерных формовочных смесей, защищенные патентом на изобретение. Реологическими и оптическими методами исследованы структура и свойства полимерных растворов и гетерогенных формовочных смесей. Выявлено влияние модифицирования ДАЦ, включения в полимерные растворы различных порообразователей и твердых наполнителей на вязкость, размеры и количество микрогелевых частиц.

4. Выявлены технологические особенности процесса формования мембранных материалов из модифицированных полимерных растворов и гетерогенных смесей. Опираясь на результаты исследования структуры формовочных смесей, проанализирован фазоинверсионный процесс перехода золя в гель. Выделены основные стадии, а также предложены модели этого процесса для ненаполненных и наполненных формовочных смесей.

5. Получены образцы новых мембранных материалов и мембран из формовочных смесей с различными составом и свойствами. С использованием оптической и электронной микроскопии, объемно-весового, адсорбционно-структурного и метода эталонной контактной порометрии определены их структурные характеристики в зависимости от состава формовочных растворов и степени модифицирования полимерного сырья. Результаты структурных исследований позволили разработать технологические основы изготовления фильтрационных мембран из ДАЦ с заданной пористостью и распределением пор по размерам.

6. Разработанные мембраны протестированы при исследовании процесса фильтрации многокомпонентного раствора (молочной сыворотки). Выявлены зависимости проницаемости и селективности мембран от модифицирующих факторов и определены области их применения в фильтрационных процессах.

7. Полученные результаты использованы для разработки математической модели баромембранной фильтрации жидких смесей. Проведенное математическое моделирование и сравнение его результатов с опытными данными подтвердили достоверность характеристик разработанных мембран.

Основные положения н результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Потехина J1.H. Реологические и оптические свойства полимерных растворов для изготовления фильтрационных мембран / JI.H. Потехина, В.М. Седелкин // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2011. - Т. 54, № 5. - С. 76-78.

2. Потехина Л.Н. Реологические, оптические и структурные свойства растворов диацетатов целлюлозы для формования полупроницаемых мембран / Л.Н. Потехина,

B.М. Седелкин // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2011. -№2 (75).-С. 170-173.

3. Потехина Л.Н. Технология и свойства ультрафильтрационных мембран на основе модифицированных ацетатов целлюлозы I Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - №1 (52). Вып. 1. -

C. 109-115.

4. Потехина Л.Н. Физико-химическая модификация ацетатов целлюлозы для получения фильтрационных полупроницаемых полимерных мембран/ Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. - 2010. - № 11(35). - С. 26-31.

5. Положительное решение по заявке на изобретение 2010106591 от 24.02.2010. Смесь для формования ацетатцеллюлозной ультрафильтрационной мембраны (варианты) / Седелкин В.М., Потехина Л.Н.

6. Potehina L.N. Mechanism of ions Ca2+ and СГ transfer in a system multicomponent flowsolution-porous polymeric membrane / L.N. Potehina, V.M. Sedelkin // Ion transport in organic and inorganic membranes: Book of Abstracts International Conference, Krasnodar, 11-16 May 2009.-P. 192-194.

7. Потехина Л.Н. Разработка нанотехнологий для извлечения и фракционирования белков из вторичного молочного сырья / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых: в 2 т. Т. 1. Саратов, 15-16 сент. 2009 г. - Саратов: СГТУ, 2009. - С. 277-280.

8. Потехина Л.Н. Реологические и оптические свойства полимерных растворов для изготовления фильтрационных мембран / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Физикохимия процессов переработки полимеров: тез. докл. IV Всерос. науч. конф. (с междунар. участием), г. Иваново, 5-8 окт. 2009 г. - Иваново, 2009. - С. 169.

9. Potehina L.N. Investigation of porous structure of polymeric filtration membranes / L.N. Potehina, V.M. Sedelkin // Modern problems of polymer science : Abstract Book 5th Saint-Petersburg Young Scientists Conference, Saint-Petersburg, 19-22 October 2009. - Saint-Petersburg, 2009. - P. 52.

10. Потехина Л.Н. Электрохимические аспекты процесса фильтрации молочной сыворотки на наномембранах / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Нанотехнологий и наноматериалы: материалы Междунар. науч.-техн. конф. - М.: Изд-во МГОУ, 2009. - С. 295298. ISBN 975-5-7045-0924-0.

11. Потехина Л.Н. Моделирование процессов переноса ионов Са2+ и С1- в порах полимерных наномембран / Л.Н. Потехина // НАНОИНЖЕНЕРИЯ - 2009: сб. тр. второй Всерос. школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. - С. 265-269. ISBN 978-5-7038-3338-4.

12. Потехина Л.Н. Высокоэффективные полимерные фильтрационные наномембраны для разделения вторичного молочного сырья / Л.Н.Потехина, В.М. Седелкин // Пятый саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: в 2 ч.: сб. Ч. 1. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. - С. 10-11. ISBN 978-5-7433-2205-3.

13. Потехина Л.Н. Исследование эксплуатационных характеристик композиционных ацетатцеллюлозных наномембран / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология: докл. Междунар. конф. «Композит-2010». - Саратов: CapiaT. гос. техн. ун-т, 2010.-С. 317-319.

14. Потехина Л.Н. Разработка композиционных наномембран, наполненных термообработанными отходами обмолота проса / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология: докл. Междунар. конф. «Композит-2010». - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. - С. 319-321.

15. Потехина Л.Н. Полимерные наноматериалы для разделения многокомпонентных растворов /Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Труды III Всерос. школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Наноматериалы»: сб. Т. II. - Рязань: РГРТУ, 2010.-С. 142-146.

16. Потехина Л.Н. Полимерные наноматериалы в переработке вторичного молочного сырья /Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Наноинженерия - 2010: сб. тр. третьей Всерос. школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. - С. 106-110. ISBN 978-5-7038-3453-4.

17. Потехина Л.Н. Модель процессов мембранной фильтрации многокомпонентных жидких смесей / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-23: сб. тр. XXII Междунар. науч. конф.: в 12 т. Т.8 . - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. - С. 158-159.

18. Потехина Л.Н. Модификация полимеров, используемых для изготовления фильтрационных мембран, парами мезофазогенных растворителей / Л.Н. Потехина // Проведение научных исследований в области синтеза, свойств и переработки высокомолекулярных соединений, а также воздействия физических полей на протекание химических реакций: сб. материалов Всерос. конф. с элементами науч. школы для молодежи. -Казань: КГТУ, 2010. - С. 125.

19. Potehina L.N. Ion-selective indicators based on polymeric membranes / L.N. Potehina, V.M. Sedelkin // Ion transport in organic and inorganic membranes: Proceedings International Conference, Krasnodar, 7-12 June 2010. - Krasnodar, 2010. - P. 167-168.

20. Потехина Л.Н. Структура и свойства полимерных ацетатцеллюлозных мембран для разделения многокомпонентных жидких смесей /Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Полимеры -2010: материалы V Всерос. Каргинской конф., г. Москва, 21-25 июня 2010 г. - М.: МГУ, 2010. -С. 85.

21. Потехина Л.Н. Исследование процессов переноса ионов в порах полупроницаемых полимерных мембран при фильтрации многокомпонентных растворов / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах ФАГРАН-2010: материалы V Всерос. конф.: в 2 т. г. Воронеж, 3-8 октября 2010 г. -Воронеж: Научная книга, 2010. - Т.2. - С. 786-788.

22. Потехина Л.Н. Модификация полимерных наномембран, используемых для фракционирования пищевого сырья / Л.Н. Потехина // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых: в 2 т. Саратов. 26-29 октября 2010 г. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. - Т.2. С.38-39.

23. Potehina L.N. Evaluation of phys'tcochemical properties of nanomembranes for separating secondary diary raw materials / L.N. Potehina, O.V. Pachina // Membrane and Sorption Processes and Technologies: Abstracts International scientific conference, Ukraine, Kyiv, 20-22 April, 2010. Kyiv: Nauka, 2010. - P.43.

24. Потехина Л.Н. Физико-химическая модификация ацетатов целлюлозы для получения фильтрационных полупроницаемых полимерных мембран / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Наукоемкие химические технологии-2010: тез. докл. XIII Междунар. науч-техн. конф., г. Иваново, 29 июня-2 июля 2010 г. - Иваново, 2010. - С. 438.

25. Потехина Л.Н. Модификация ацетатов целлюлозы парами мезофазогенных растворителей с целью управления структурой полимерных наномембран / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Прикладные аспекты химической технологии полимерных материалов и наносистем («Полимер-2010»): тез. докл. и докл. IV Всерос. науч.-практ. конф., г. Бийск, 17-19 июня 2010 г. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. - С. 151-153.

26. Потехина Л.Н. Механизм переноса ионов в порах полупроницаемых полимерных мембран-сенсоров / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Мембраны - 2010: тез. докл. Всерос. науч. конф. Ч. 2. г. Москва, 4-8 окт. 2010 г. - М„ 2010. - С. 162-163.

Подписано в печать 25.07.11 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,16 (1,25) Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 202 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Тел.: 24-95-70; 99-87-39, e-mail: ¡zdat@sstu.ru

Введение.

1. Современное состояние проблемы и задачи исследования.

1.1 Методы фильтрации жидких смесей.

1.1.1 Классификация фильтрационных методов.

1.1.2.Классификация мембранных материалов и мембран.

1.2. Анализ технологий получения полимерных фильтрационных мембранных материалов и методов регулирования их параметров.

1.2.1. Сырье для производства полимерных фильтрационных мембранных материалов и методы его модификации.

1.2.2. Анализ методов и технологий получения и модификации полимерных растворов и мембранных фильтрационных материалов.

1.3 Цель и задачи исследования.

2. Исследование характеристик полимерного сырья на основе модифицированных диацетатов целлюлозы (ДАЦ).

2.1 Объекты и методы исследования.:.

2.2 Результаты опытов по физико-химической модификации ДАЦ.

Анализ экспериментальных данных.

3. Технология получения и свойства модифицированных формовочных полимерных смесей.

3.1 Объекты и методы исследования.

3.2 Структура и свойства формовочных полимерных растворов и смесей.

4. Исследование структуры и свойств модифицированных фильтрационных материалов и мембран.

4.1 Технологические особенности получения модифицированных фильтрационных материалов на основе ДАЦ.

4.2 Определение и анализ пористости модифицированных фильтрационных мембранных материалов.

4.3 Прочностные характеристики фильтрационных материалов и мембран.

4.4 Исследование процесса набухания модифицированных фильтрационных мембранных материалов из ДАЦ в водной среде.

4.5 Проницаемость и селективность мембран.

4.6 Использование результатов экспериментальных исследований для разработки математической модели мембранной фильтрации жидких смесей.

Основной тенденцией в развитии современных промышленных технологий является снижение ресурсоэнергопотребления на выработку продукции с соблюдением требований по охране окружающей среды. Реализации этой тенденции способствует разработка технологических процессов на основе мембранных методов.

В различных промышленных технологиях огромную роль играют процессы разделения жидких полидисперсных смесей (растворов). Традиционные процессы разделения растворов (дистилляция, ректификация, экстракция, сорбция-десорбция и др.) характеризуются высокой ресурсоэнергоемкостью. Применение для этих целей мембранной фильтрации приводит к радикальным изменениям в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности, а также в водоподготовке и водоочистке. В широком внедрении фильтрационных наносистем многие видят точку опоры для революционных изменений в сфере высоких технологий, в том числе, в области разделения жидких смесей.

Среди мембранных методов важнейшее место занимают нано- и ультрафильтрация, которые перспективны для выделения и концентрирования из многокомпонентных смесей веществ с широким диапазоном молекулярных масс (М=0,1-1000) КДа (животных, молочных, растительных белков, и их фракций, пектиновых веществ, биологически активных веществ и др.).

Основным элементом любой фильтрационной системы является селективно проницаемая мембрана, принцип работы которой внешне очень прост - пропустить через себя одни вещества и задержать другие. Среди наноразмерных материалов селективно проницаемые фильтрационные мембраны занимают особое положение. Это связано с тем, что по своей морфологии сами мембраны представляют собой сеть пор в матричном каркасе и разделяют две различные фазы, отличающиеся физически и/или химически от фаз мембраны. При этом мембрана обладает свойствами, позволяющими ей под действием приложенных потенциалов управлять процессами массопереноса между разделяемыми фазами, а качественные и количественные характеристики этой управляющей функции в основном зависят от структурной организации материала мембраны.

Фильтрационные мембраны изготавливаются из различного сырья, но основным сырьем для их производства являются полимеры. Мировой рынок полимерных мембран достигает 80 %.

Особое место среди полимеров, из которых получают фильтрационные мембраны, занимают ацетаты, целлюлозы, которые использованы в настоящей работе как полимерное сырье для изготовления мембран.

Для выделения из растворов ингредиентов с различными размерами и молекулярными массами необходимы мембраны, отличающиеся размерами пор и распределением этих пор по размерам, т.е. обладающими разными структурными характеристиками. К настоящему времени ассортимент полимерных фильтрационных мембран, особенно отечественного производства, недостаточен, и актуальной задачей является разработка новых типов мембран с заданными эксплуатационными характеристиками.

Наиболее перспективным подходом к изменению структуры и функциональных свойств полимерных мембранных материалов является проведение модифицирования во всех звеньях технологической цепочки изготовления мембран: сырье — формовочный раствор - фильтрационный материал. В настоящее время для регулирования структуры и свойств полимерных мембран, в основном, используют различные технологические приемы формования мембранного материала. Практически не изучено влияние на функциональные характеристики мембран введения в формовочные растворы твердых композиционных наполнителей различной природы и фракционного состава.

Представляет также интерес исследование модифицирования самого полимерного сырья различными физико-химическими методами с целью его активирования, изменения надмолекулярных и макромолекулярных структур. В частности, исходная надмолекулярная и пористая структура ацетатцеллюлозы может быть изменена воздействием паров специфических растворителей, а также их смесей с водой.

Для выбора оптимальных способов и условий модифицирования необходимы научные данные о структурных и функциональных характеристиках мембранных материалов до и после модификации, поскольку условия формирования- мембран оказывают определяющее влияние на их селективность и проницаемость. Полученная информация о структуре различных модификаций мембранных материалов может быть использована для углубления понимания механизма переноса в пористых структурах и построения моделей нано- и ультрафильтрации многокомпонентных жидких смесей.

Таким образом, поиск новых подходов к модифицированию полимерных мембранных материалов по всей технологической цепочке их изготовления, выявление закономерностей формирования структуры и свойств мембран является актуальной*, научной задачей, как для оптимизации условий модифицирования, так и -для* прогнозирования* изменений параметров переноса под влиянием различных модифицирующих воздействий.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Подход к комплексному модифицированию полимерного сырья и растворов для формования мембранных фильтрационных материалов.

2. Новые рецептуры дисперсных формовочных смесей и изготовленные из них наполненные полимерные мембраны.

3. Результаты исследования структурных характеристик модифицированных диацетата целлюлозы, формовочных растворов, фильтрационных материалов и мембран.

4. Зависимости проницаемости и селективности разработанных мембран от их структуры и технологических особенностей изготовления.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложен и реализован комплексный подход к регулированию структуры и свойств фильтрационных мембранных материалов на основе ацетатов целлюлозы, основанный на проведении модифицирования полимерного сырья и формовочных растворов.

2. Выявлены особенности кинетики модифицирования диацетатов целлюлозы парами водноорганических смесей. Установлено, что максимальная степень набухания, значения скорости и константы набухания полимера на различных участках кинетических кривых зависят от состава модифицирующих смесей. Показана связь отдельных стадий набухания полимера с происходящими в нем адсорбционными, диффузионными и конформационными изменениями.

3. Разработаны новые составы полимерных формовочных смесей, защищенные патентом на изобретение. Реологическими и оптическими методами исследованы структура и свойства полимерных растворов и гетерогенных формовочных смесей. Выявлено влияние модифицирования ДАЦ, включения в полимерные растворы различных порообразователей и твердых наполнителей на вязкость, размеры и количество микрогелевых частиц.

4. Выявлены технологические особенности процесса формования мембранных материалов из модифицированных полимерных растворов и гетерогенных смесей. Опираясь на результаты исследования структуры формовочных смесей, проанализирован фазаинверсионный процесс перехода золя в гель. Выделены основные стадии, а также предложены модели этого процесса для ненаполненных и наполненных формовочных смесей.

5. Получены образцы новых мембранных материалов и мембран из формовочных смесей с различными составом и свойствами. С использованием оптической и электронной микроскопии, объемно-весового, адсорбционноструктурного и метода эталонной контактной порометрии определены их структурные характеристики в зависимости от состава формовочных растворов и степени модифицирования полимерного сырья. Результаты структурных исследований позволили разработать технологические основы изготовления фильтрационных мембран из ДАЦ с заданной пористостью и распределением пор по размерам.

6. Разработанные мембраны протестированы при исследовании процесса фильтрации многокомпонентного раствора (молочной сыворотки). Выявлены зависимости проницаемости и селективности мембран от модифицирующих факторов и определены области их применения в фильтрационных процессах.

7. Полученные результаты использованы для разработки математической модели баромембранной фильтрации жидких смесей. Проведенное математическое моделирование и сравнение его результатов с опытными данными подтвердили достоверность характеристик разработанных мембран и предложенной матмодели.

1. Агеев Е.П. Мембранные процессы разделения // Крит, технологии.

2. Мембраны. 2001. № 9. С. 42—56.

3. Тимашев С.Ф. Принципы мембранного разделения: ориентиры XXI века// Крит, технологии. Мембраны. 2000. № 6. С. 12—16.

4. Колзунова Л.Г. Баромембранные процессы разделения: задачи и проблемы. Вестник ДВО РАН.- №5, 2006.- С.65-76.

5. Шапопшик В.А. Мембранные методы разделения смесей веществ// Соросовский образоват. журн. 1999.№ 9. С. 27—32.

6. Дубяга В.П. Полимерные мембраны / В.П. Дубяга, Л.П. Перепечкин, Е.Е. Каталевский. М.: Химия. - 1981. — 232 с.

7. Брок Т.Д. Мембранная фильтрация.: Пер. с англ. — М.: Мир, 1987.-464 с.

8. Свитцов A.A. Введение в мембранную технологию / А.А.Свитцов. М.:1. ДеЛИ. 2007.- 208 с.

9. Айзенштейн Э.М. Проблемы мембранной технологии// Химические волокна.- 1991. -№5. -С.19.

10. Жемков В.П. Получение и исследование пористых полимерных мембран для ультрафильтрации биологически активных веществ: Дис. на соискание уч. ст. канд. хим. наук. Минск. 1979. — 186с.

11. Хванг С.-Т., Каммермейер К. Мембранные процессы разделения: Пер. с англ. М.: Химия. - 1981.-464с.

12. Ларионов О.Г. Некоторые особенности поведения адсорбционных растворов в микропористых адсорбентах/ О.Г. Ларионов // Адсорбция в микропорах: тр. V Всесоюзной конференции по теоретическим адсорбции. — М.: Наука. 1983. - С. 70-74.

13. Серпинский В.В. Адсорбция как Гиббсов избыток и как полное содержание / В.В. Серпинский, Т.С. Якубов // Известия АН СССР. Сер.

14. Химия, 1985. № 1. - С. 12-17.

15. Вартапетян Р.Ш. Механизм адсорбции молекул воды на углеродных адсорбентах / Р.Ш. Вартапетян, А.М. Волощук // Успехи химии. 1995. -Т.64. - № 11.-С. 1055-1072.

16. Егорова Ю.Б., Тремейна Ю.С., Севастьянов В.И. Модель конкурентной адсорбции белков на поверхность твердых тел// ЖФХ.- 1998.- № 72.- С. 1152-1156.

17. Седелкин В.М., Рябухова Т.О., Окишева H.A., Поздеева М.Г. Адсорбция белка на мембранах из вторичного диацетата целлюлозы, наполненных древесным углем / В.М. Седелкин, Т.О. Рябухова, H.A. Окишева,

18. М.Г. Поздеева// Журнал прикладной химии. 2007. - Т. 80. - № 1. - С. 59-62.

19. Сокольницкая Т.А. Неравновесный характер адсорбции белков на пористых углеродных адсорбентах/ Т.А. Сокольницкая, В.А. Аврашенко, Д.В. Червонецкий// ЖФХ. 1990. - №10. - С. 2864-2867.

20. Технологические процессы с применением мембран / Под ред. Ю.А. Мазитова. М.: Мир. - 1976. - 370 с.

21. Мчедлишвили Б.В., Орлов Н.С., Дытнерский Ю.И. Тез. III Всесоюз. конф. по мембранным методам разделения смесей. 4.1. Черкассы. 1981. —1. С. 191. '

22. Брык М.Т., Цапюк Е.А., Твердый A.A. Мембранная технология в промышленности. — Киев: Техника. 1990. — 288с.

23. Дубяга В.П., Каталевский Е.Е.// Журн. ВХО им. Менделеева. 1987. — Т. 32. — №6. -С. 621-630.

24. Kesting, R.E. Synthetic Polymeric Membranes. N. Y.: McGraw-Hill. - 1991. — 307 p.

25. Cherkasov A.N. Selective ultrafiltration// J. Membr. Sei. 1990. V. 50, p. 109-130.

26. Черкасов A.H. Механизм селективного разделения растворов при ультрафильтрации // Коллоидн. журнал. Т. 47. - 1985. - С. 363-368.

27. Руководство к практическим работам по коллоидной химии/ О.Н.

28. Григорьев, И.Ф. Карпова, З.П. Козьмин и др. — М. JL: Химия, 1964. — 332 с.

29. Дытнерский Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей / Ю.И. Дытнерский. -М.: Химия. 1975. -230 с.

30. Пеппер Дж. П. Мембранная технология/ Дж. П. Пеппер.- М.: Изд-во иностр. лит.- 2004.- 432 с.

31. Роговин З.А. Химия целлюлозы. М.: Химия. - 1972.- 520с.

32. Целлюлоза и ее производные. Под ред. Н. Байклза и JL Сегала. Т.1 : Пер. с англ.-М.:Мир. 1974.- 476с.

33. Никитин В.М., Оболенская A.B., Щеголев В.П. Химия древесины и целлюлозы. — М.: Лесная промышленность. 1978.- 368с.

34. Манушин В.И. Целлюлоза, сложные эфиры целлюлозы и пластические массы на их основе/ В.И. Манушин, К.С. Никольский, К.С. Минскер, С.В. Колесов.- 2-е изд.- Владимир. 2002. — 107с.

35. Тарчевский И.А., Марченко Г.Н. Биосинтез и структура целлюлозы. М.: Наука. - 1985. - 280с.

36. Контроль производства химических волокон. Спр. пос./ Под. ред. А.Б. Пакшвера и A.A. Конкина. М.: Химия. - 1967. - 607с.

37. Геллер Б.Э. Практическое руководство по физикохимии волокнообразующих полимеров: Учебное пособие для вузов: 2-е изд., исправл. и доп. М.: Химия. - 1996.- 432с.

38. Рудман А.Р. Высокомолекулярные соединения. А. 1987. Т. 29. - № 10. -С. 2167-2172.

39. Фрунзе Т.М., Курашев В.В., Козлов Л.В. Успехи химии.- Т. 30. № 5,1961.- С. 593-625.

40. Гордеев М.Е., Андреева М.А. Сборник статей «Структура и димамика молекулярных систем» Вып. XII. Т.1. Йошкар-Ола. Изд-во МарГТУ.2005.-С. 219-222.

41. Черкасов А.Н., Жемков В.П., Горбунов A.A., Самохина Г.Д. Изв. АН БССР. Сер. хим наук. 1979. - №1. - С. 18.

42. Шиповская А.Б., Тимофеева Г.Н. Изменение структуры и оптической активности ацетатов целлюлозы под влиянием паров некоторых растворителей//Высокомолек. соед. 2001. Т. 43 А. № 7. С. 1237-1244.

43. Шиповская A.B., Тимофеева Г.Н. Структурообразование и оптическая активность модифицированного парами мезофазогенных растворителей ацетата целлюлозы // Коллоид, журн. 2004. Т. 66. № 5. С. 693-701.

44. Шиповская А.Б., Гегель Н.О., Тимофеева Г.Н. Ориентационные процессы в ацетате целлюлозы под влиянием паров диметилсульфоксида// Журн. приклад, химии. 2008. Т. 81. № 6. С. 1014-1018.

45. Шиповская А.Б., Казмичева О.Ф., Шмаков C.JL, Щеголев С.Ю.

46. Анизотропия оптической активности упорядоченных фаз ацетатов* целлюлозы // Высокомолек. соед. 2009. Т. 51 А. № 7. С. 1109-1121.

47. A. Doolittle, Ind. Eng. Chem., 36, 239 (1944); 38, 535 (1946); J. Polum. Sei., 2, 121 (1947).

48. Роговин 3.A., Гальбрайх JI.C. Химические превращения и модификация целлюлозы. М.: Химия. 1979. — 332с.

49. Петропавловский Г.А. Гидрофильные частично замещенные эфиры целлюлозы и их модификация путем химического сшивания. Л.: Наука,1988.-251с.

50. Бытенский В. Я., Кузнецова Е. П. Производные эфиров целлюлозы. Л., 1974.-432с.

51. Начинкин О.И.// Хим. волокна. 1991. № 5. - С. 26-28.

52. Цветков В.Н., Эскин В.Е., Френкель С.Я. Структура макромолекул в растворах. М.: Наука. 1964. — 720с.

53. Kamide K., Manabe S. Polymer. J., 1981. V. 13. - №5. - P. 459.

54. Брык M.T., Цапюк E.A. Ультрафильтрация. Киев: Наук, думка,1989.-432с.

55. Тагер A.A. Физикохимия полимеров/ A.A. Тагер. 3-е изд., перераб. и Доп.-M.: Химия. - 1978. - 544 с.

56. Козлов П.В. Химия и технология полимерных пленок / П.В. Козлов, Г.И. Брагинский. М.: Искусство. - 1965. — 624 с.

57. Брагинский Г.И. Технология основы кинофотопленок и магнитных лент/ Г.И. Брагинский, С.К. Кудрина. — Л.: Химия. 1970. — 376 с.

58. Фетисов Е.А. Мембранные молекулярно-ситовые методы переработки молок / Е.А. Фетисов, А.П. Чагаровский. — М.: ВО «Агропромиздат». 1991.- 272 с.

59. Рудобашта С.П., Карташов Э.М. Диффузия в химико-технологических процессах. М.: Химия. - 1993. — 209с.

60. Папков С.П. В кн.: Проблемы физико-химической механики волокнистых и пористых дисперсных структур и материалов. Рига, Зинатне.- 1967.-165 с.

61. Перепечкин Л.П. / Л.П. Перепечкин, В.П. Дубяга, A.A., A.A. Эльберт// Прикладная биохимия и микробиология. 1972. - Т.8. - № 6. - С. 973-977.

62. Бартенев Г.М., Френкель С .Я. Физика полимеров. — Л.: Химия. 1990.- 432с.

63. Корниенко Т.С. Мембранные равновесия. Мембранные методы разделения: учеб. пособие для вузов/ Т.С. Корниенко, М.Х. Кишиневский.- ВГТА. -1996.- 225с.

64. Лонсдейл Х.К. Теория и практика обратного осмоса и ультрафильтрации/ Х.К. Лонсдейл// В кн.: Технологические процессы с применением мембран.- М.: Мир.- 1976. С.131-196.

65. Мурата И. Определение содержания связанной уксусной кислоты химическим методом // Сеньи Гаккайси. 1957. Т. 13. №7. С. 16-18.

66. Дымарчук Н.П., Корнилова Н.В., Талмуд С.А. Молекулярный вес ацетатов целлюлозы и их фракций // Тр. ЛТИЦБП. Л.: Изд-во ЛТИЦПБ.- 1964. Вып.12. С. 144-149.

67. Рафиков С.Р., Павлова С.А., Твердохлебова И.И. Методы определения молекулярных весов и полидисперсности высокомолекулярных соединений.- М.: Изд. АН СССР.- 1963. С. 334.

68. Шиповская А.Б., Тимофеева Г .H., Борисова С.В. //Тез. докл. Всерос. конф. «Мембраны-2001». М.- 2001.- С. 208.

69. Шиповская А.Б., Тимофеева Г.Н., Осипова О.В. //Структурой динамика молекулярных систем: Сб. статей. Йошкар-Ола: Изд-во МарГТУ. 2001. Вып. 8. Т.2. С. 151-155.

70. Шиповская А.Б., Тимофеева Г.Н. //Высокомолекуляр: соединения. 2003. Т. 45Б. №1. С.101-105.

71. Шиповская А.Б., Тимофеева Г.Н. //Высокомолекуляр. соединения. 2001. Т. 43А. №7. С.1237-1244.

72. Reichardt Ch. Solvents and solvent effects in organic chemistry. Weinheim:1. VCH, 1988. 764p. ;

73. Шиповская А.Б. Евсеева H.B., Тимофеева Г.Н. //ЖПХ. 2003. Т. 76. № 9. С.1553-1557. .

74. Шиповская А.Б., Микульский Г.Ф., Тимофеева Г.Н. //ЖПХ. 2004. Т. 77. №1.1. С. 152-157. ' .

75. Шиповская А.Б., Шмаков С.Л., Тимофеева Г.Н: //Высокомолекуляр. соединения. 2006. Т. 48А. №5. С.801-814.

76. Шиповская А.Б., Казмичева О.Ф., Тимофеева Г.Н: Сборник статей «Структура и динамика молекулярных систем» Вып. XI. — Т.2. Казань. Изд-во КГУ. 2004.-С. 26-29.

77. Химическая энциклопедия. Под ред. Кнунянц И.Л.: в 5-ти томах, т. 2 М.: Советская энциклопедия. —1990. — 671 с.

78. Зуев В.В., Успенская М.В., Олехнович A.Q. Физика и химия полимеров. Учеб. пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО. -2010.-45 с.

79. Ярцева Н.М. Кинетика набухания: Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Химия и физико-химия полимеров». -Саратов: СГТУ. 1993. - 7с.

80. Потехина JI.H. Физико-химическая модификация ацетатов целлюлозы для получения фильтрационных полупроницаемых полимерных мембран/Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин //Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение.2010.—№ 11(35).—С. 26-31.

81. MaierK. and Scheuermann Е. // Kolloid Z.-1960/-Vol. 171. P. 122.

82. Челышева И.А. Использование отходов растениеводства в качестве наполнителей полимерных композиций /И.А. Челышева, Л.Г. Панова// Вестник Саратовского государственного технического университета. —2006.- №4(16). Вып.1. - С. 40-46.

83. Свешникова Е.С., Челышева И.А., Панова Л.Г. Использование отходов сельскохозяйственного производства для наполнения полимеров// Пластические массы. 2008. - №1 - С. 29-31.

84. Положительное решение по заявке на изобретение 2010106591 от 24.02.2010. Смесь для формования ацетатцеллюлозной ультрафильтрационной мембраны (варианты)/ Седелкин В.М.,1. Потехина Л.Н.

85. ЬСленин В.И. Высокомолекулярные соединения: Учебник для студентов хим. фак. / В.И. Кленин, И.В. Федусенко. Саратов: Изд-во: Сарат. ун-та.- 2008.440с.

86. В. И. Кленин, С. Ю. Щеголев, В. И. Лаврушин. Характеристические функции светорассеяния дисперсных систем. Изд-во Сарат. гос. ун-та.1977.- 177с.

87. Кленин В.И. Термодинамика систем с гибкоцепными полимерами.-Саратов.- СГУ. 1995. — 736 с.

88. Кленин В.И. Сообщение I. Метод определения параметров надмолекулярных частиц. — В кн. Механизм процессов пленкообразования из полимерных растворов и дисперсий. — М.: Наука. 1966. - С. 32-38.

89. Кленин В.И. Метод спектра мутности в анализе и исследовании сложных гетерогенных полимерных систем. Сб. Анализ мономеров, полимеров, промежуточных продуктов и сопутствующих веществ. — Саратов: Изд-во Саратовск. ГУ. 1977.- С. 52-53.

90. Рахлевская М.Н. Руководство к лабораторным работам по физической химии. Саратов: СПИ. - 1979. - 16с.

91. Шифрин К. С. Рассеяние света в мутной среде.- М.- Л., 1951. — 334 с.

92. Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами, пер. с англ. М.-1961.-228 с.

93. Кегкег М. The scattering of light and other electromagnetic radiation.- N. Y.- L., 1969.-542 c.

94. Твердохлебова И.И. Конформация макромолекул (вискозиметрический метод оценки).- М.: Химия. 1981. -284 с.

95. Волков В.А. Коллоидная химия. — М. МГТУ им. А.Н. Косыгина. 2001. — 640с.

96. Руководство к практическим работам по коллоидной химии/ О.Н.

97. Григорьев, И.Ф. Карпова, З.П. Козьмин и др. М. —Л.: Химия.- 1964 — 332 с.

98. Черкасов А.Н., Полоцкий А.Е., Горелова Л.Ю., Жемков В.П. Коллоидн. журн., 1981.- Т.43. №4. — С. 804.

99. Малкин А.Я., Чалых А.Е. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения. М.: Химия. 1979. — 304с.

100. Малкин А. Я., Исаев А. И. Реология: концепции, методы, приложения. М.: Изд-во: Профессия. 2007. — 560 с.

101. Энциклопедия полимеров/ В.А. Каргин и др. т.1 — М.: Советская энциклопедия. - 1972.- 612 с.

102. Потехина JI.H. Технология и свойства ультрафильтрационных мембран на основе модифицированных ацетатов целлюлозы /JI.H. Потехина, В.М. Седелкин// Вестник Саратовского государственного технического университета. — 2011. — №1 (52). Выпуск 1. — С. 109-115.

103. Потехина Л.Н. Реологические и оптические свойства полимерных растворов для изготовления фильтрационных мембран /Л.Н. Потехина,

104. В.М. Седелкин //Известия вузов. Химия и химическая технология. — 2011. -Т. 54. № 5. — С.76-78.

105. Каргин JB.Ä., Слонимский Г.А. Краткие очерки по физикохимии полимеров. М.: Химия. 1967,- 658с.

106. Пахомов П.М. Основы полимерной химии в 2-х частях. Тверь. ТвГУ,1991.-234с.

107. Хохлов А.Р., Кучанов С.И. Лекции по физической химии полимеров. М.: Мир. 2000. - 516с.

108. Свитцов A.A. Полупроницаемые мембраны/ Текст лекций. 2004. - 111с.

109. Свитцов A.A., Кострикова O.A. Полупроницаемые пористые мёмбраны.-РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2005.- 158с.

110. Мозуленко Л.М. Структура, фазовые и физические состояния и переходы полимеров/ Л.М. Мозуленко, A.A. Беушев, О.С. Беушева: Учебн. пособие.-Барнаул, 2009.-95с.

111. Cellulose acetate hollow fiber ultrafiltration membranes / Qin Jian-Jun, Lee Leng-Siang, Lee Hsiaowan// Amer. Chem. Soc. — 2003. P. 317-318.

112. Дытнерский Ю.И. Некоторые проблемы теории и практики использования баромембранных процессов / Ю.И. Дытнерский, Р.Г. Кочаров// Научнотехнический журнал по химии и химической технологии. 1987. - Т. 32. -№6.-С. 607-614.

113. Зацепина Т.И., Трапезников A.A., Фролова Е.А.// Коллоидн. журнал. —

114. Т. 33. №3. - 1971. -С. 43-147.

115. Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров: пер. с англ. М.: Мир.- 1983.- 384с.

116. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению/ Иод ред. А.И.Коблякова. — М.: Легпромбытиздат. 1986.- 344 с.

117. Дубяга В .П., Бесфамильный И.Б. Нанотехнологии и мембраны // Крит, технологии. Мембраны. 2005. № 3. G. 11—16.

118. Дубяга В.П., Поворов A.A. Мембранные технологии для охраны окружающей среды и водоподготовки // Крит, технологии. Мембраны. 2002. № 13. С. 3-10.,

119. Агеев Е.П. Мембранные процессы разделения// Крит, технологии. Мембраны. 2001. № 9. С. 42—56.

120. Шапошник В.А. История мембранной науки. Ч. 2. Баромембранные иэлектромембранные процессы //Крит, технологии. Мембраны. 2001. № 10. С. 9-17. "

121. Адамова Л.В., Сафронов А.П. Сорбционный.метод исследования пористой структуры наноматериалов и удельной поверхности наноразмерных систем: учебное пособие, Екатеринбург. 2008.-62с.

122. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир. -1984.- 334с.

123. Экспериментальные методы в адсорбции и газовой хроматографии. Под. ред. А.В.Киселева, В.П.Древинга. М.: Изд-во МГУ. 1983. — 68с.

124. Школьников Е.И., Вольфкович Ю.М., Сосенкин В.Е., Багоцкий B.C. Метод контактной эталонной порометрии. // Докл. АН СССР. 1977. - т. 232,-№3. - С. 126.

125. Школьников Е.И., Вольфкович Ю.М., Сосенкин В.Е. Измерение методом контактной эталонной порометрии распределения объема пор по радиусам. // Электрохимия. — 1977. Т. 13. - №1. - С. 54-62.

126. A.Z. Zhuk, B.V. Kleymenov, E.I. Shkolnikov, M.Yu. Lopatin. Journal of Power Sources, 157, (2006) 921 — 926 p.

127. Школьников Е.И., Сидорова E.B., Аналитическое уравнение для расчета распределений пор по размерам. Доклады Академии Наук. 2007. —1. Т. 412.-№3.-С. 1-4.

128. Вольфкович Ю.М. Метод эталонной контактной порометрии// Труды Всерос. научн. конф. «Мембраны-2007»,- М. 2007.- С. 93.

129. Маланин М.И. Спектроскопическое изучение пористости полимеров: Автореферат дис. на соиск. уч. степ. канд. хим. наук. Твер. гос. ун-т. Тверь. -2007.-22с.

130. Spurr A. Ultrastructure. Res. — 1969. V. 26. - P.31.

131. Ананьева E.C., Ананьин C.B. Методы испытаний полимерных материалов: Учебное пособие.- Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. — Барнаул: Изд-во АлтГТУ. 2007. - 50с.

132. Денисова Г.П., Артеменко С.Е. и др. // Хим. волокна. 1999. № 2. —1. С: 45-47.

133. Папков С.П., Файнберг Э.З. Взаимодействие целлюлозы и целлюлозных материалов с водой. М.: Химия. 1976. — 188 с.

134. Рейтлингер С.А. Проницаемость полимерных материалов. М.: Химия. -1974.-269с.

135. Седелкин В.М., Денисова Г.П. др.// Химические волокна. — 1998. №4. -С. 46-47.

136. Храмцов, А.Г. Молочная сыворотка /А.Г. Храмцов. — 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Агропромиздат. 1990. - 240с.

137. Сенкевич Т. Молочная сыворотка: переработка и использование в агропромышленном комплексе /Т. Сенкевич, К.Л. Ридель. М.: Росагропромиздат. - 1989. - 279с.

138. Филиппович Ю.Б. Основы биохимии/Ю.Б. Филиппович.- М.: Высшая школа. 1993. - 495 с.

139. Алексеева Н.Ю. Состав и свойства молока как сырья для молочной промышленности / Н.Ю. Алексеева, В.П. Аристова, А.П. Патраций и др. -М.: Агропромиздат. 1986. - 253 с.

140. Горбатова К.К. Биохимия молока и молочных продуктов/ К.К.Горбатова.-2-изд. М.: Колос: - 1997. - 287 с.

141. Потехина Л.Н. Разработка нанотехнологий для извлечения и фракционирования белков из вторичного молочного сырья/ Л.Н.

142. Потехина, В.М. Седелкин //Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всероссийской науч.-практ. конф. Молодых ученых: в 2 т. Т.1, Саратов . 15-16 сентября 2009 г.- Саратов: СГТУ. 2009.- С. 277-280.

143. Molecular Filtration Millipore Catalogue. AR-801.- 1974. — 80p.

144. Millipore Catalogue and Purschasing Guide № MC-117VU. 1978. - 105p:

145. Bhore N.A., Gould R.M., Jacob S.M., Staffeid P.O., Menally D. OiFGas J., 97 (46), 67 (1999).

146. White L.S., Nitsch A.R. J. Membr. Sei., 179, 267 (2000).

147. Sartorius Membranfilter Filtercatalog, Gottingen, 1975. 34s.

148. Лялин В.A. Классификация и математическое моделирование режимов ультрафильтрации/ В.А. Лялин, В.М. Старов, А.Н. Филиппов// Химия и технология воды. 1990. - Т. 12, № 5. - С. 387-393.

149. Филиппов А.Н. Образование гель-слоя на поверхности мембраны. Квазистационарное приближение // Химия и технология воды. 1989. - Т.11, №4,- С. 291-296.

150. Старов В.М. Формирование гель-слоев на поверхности ультрафильтрационных мембран. Теория и эксперимент/ В.М. Старов, А.Н. Филиппов, В.А. Лялин, И.В. Усанов // Химия и технология воды.-1990.-Т.12. № 4. - С. 300-305.

151. Howell J.A., Velicangil О. Ultrafiltration membranes and application/ Ed. by Cooper A.N.Y.: Plénum Press. — 1980. P. 217.

152. Дытнерский Ю.И., Миносьянц C.B. Мембранные процессы разделения жидких и газовых смесей. Тр. МХТИ, 1982. — Вып. 122. — С. 124.

153. Коренман Я.И. Практикум по аналитической химии: Учеб. 2-е изд., перераб. и доп. - Воронеж: ВГУ. - 1989. - 320с.

154. Краткий справочник физико-химических величин/ под ред. К.П. Мищенко, А.А. Равделя. Л.: Химия, Ленинград, отд-ние. - 1972.- 200с.

155. Гиббс Дж. Термодинамические работы. — М. — Л. 1950. — 492с.

156. Николаев Н.И. Диффузия в мембранах/ Н.И. Николаев. М.: Химия.-1980.- 232с.

157. Заболоцкий В.И., Никоненко В.В. Перенос ионов в мембранах. М.: Наука.-1996.-392 с.

158. Антонов В.Ф. Мембранный транспорт// Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 6. С. 14-20.

159. Оконишников Г.Б., Бледных Е.И., Скрипов В.П. Механика полимеров. -1973.-№2.-С. 370.

160. Кирш Ю.Э., Тимашев С.Ф. Полимерные мембраны как химические гетерогенные канальные наноструктуры// Крит, технологии. Мембраны. 1999. № 1. С. 15-46.

161. Духин С.С., Электрохимия мембран и обратный осмос/ С.С. Духин, М.П. Сидорова, А.Э. Ярощук.- Л.: Химия. 1991.- 187 с.

162. Котык А., Яначек А. Мембранный транспорт. М.: Мир. 1980.- 341 с.

163. Шапошник, В.А. Мембранная электрохимия/ В.А. Шапошник// Соросовский Образовательный Журнал. 1999. - № 2. - С. 71-77.

164. Волков А.В., Корнеева ГА., Терещенко Г.Ф. Нанофильтрация органических сред: перспективы и области применения// Успехи химии. 2008. Т.77. - №11. - С. 1053-1062.

165. Потехина JI.H. Механизм переноса ионов в порах полупроницаемых полимерных мембран-сенсоров /JI.H. Потехина, В.М. Седелкин// Мембраны 2010: тезисы докладов Всероссийской научной конференции. Часть 2, Москва. 4-8 октября 2010 г.- М.- 2010. - С. 162-163.

166. Маркин B.C. Индуцированный ионный транспорт/ В.С Маркин, Ю.А. Чизмаджев. М.: Наука. - 1974.- 251с.

167. Папков СИЛ Химические волокна. — 1998. № 6. — С. 9-13.