1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Мембраны и мембранные технологии
  4. T. 13, № 4, 2023

Мембраны и мембранные технологии, 2023, T. 13, № 4, стр. 331-344

Получение ультрафильтрационных мембран из композитов ПАН с гидрофильными частицами для выделения тяжелых компонентов нефти

А. А. Юшкин a, *, А. В. Балынин a, А. П. Небесская a, М. Н. Ефимов a, Д. С. Бахтин a, С. А. Баскаков b, А. Ю. Канатьева a

a Институт нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева
Москва, Россия

b Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
Черноголовка, Россия

* E-mail: Halex@ips.ac.ru

Поступила в редакцию 23.01.2023
После доработки 14.03.2023
Принята к публикации 07.04.2023

Аннотация

В работе были получены мембраны из ПАН с добавлением частиц оксида графена (ОГ), пиролизованного под воздействием ИК-излучения ПАН (ИК-ПАН-а) и наноалмазов (НА). Исследована структура пор полученных мембран. Показано, что добавление углеродных компонентов незначительно снижает средний размер пор мембран с 17 до 12–15 нм, что приводит к снижению проницаемости мембран по воде со 158 до 80.9–119.9 кг/м2 ч атм. При этом добавление частиц приводило к гидрофилизации поверхности – угол смачивания по воде снижался с 65° до 48°–55°, что способствовало увеличению потока растворов нефти в толуоле в 2–3 раза по сравнению с ПАН мембраной. В то же время, добавление ГО и ИК-ПАН-а способствовало значительному усилению необратимого засорения мембраны. С другой стороны, добавление наноалмазов не только позволило снизить общее засорение мембраны и повысить проницаемость по разделяемой смеси с 4.93 до 8.47 кг/м2 ч атм, но и позволяет восстанавливать более 96% потока чистого толуола. Задерживающая способность мембран с добавлением НА при фильтрации растворов нефти в толуоле 10 г/л составила 85–89%.

Ключевые слова: ПАН, мембрана, модификация, наноалмазы, оксид графена, ультрафильтрация, разделение нефти

Список литературы

  1. Ганеева Ю.М., Юсупова Т.Н., Романов Г.В. // Успехи Химии. 2011. Т. 80. № 10. С. 1034.

  2. Mullins O.C., Seifert D.J., Zuo J.Y., Zeybek M. // Energy & Fuels. 2013. V. 27. № 4. P. 1752.

  3. Sepideh Kashefi, Lotfollahi M.N., Shahrabadi Abbas // Heфтexимия. 2019. T. 59. № 6. C. 645.

  4. Юшкин А.А., Балынин А.В., Нехаев А.И., Волков А.В. // Мембраны и Мембранные Технологии. 2021. Т. 11. № 2. С. 155.

  5. Saufi S.M., Ismail A.F. // Carbon. 2004. V. 42. № 2. P. 241.

  6. Arias-Monje P.J., Lu M., Ramachandran J., Kirmani M.H., Kumar S. // Polymer. 2020. V. 211. P. 123065.

  7. Юшкин А.А., Балынин А.В., Ефимов М.Н., Муратов Д.Г., Карпачева Г.П., Волков А.В. // Мембраны и Мембранные Технологии. 2022. Т. 12. № 4. С. 286.

  8. Tsai H.-A., Chen Y.-L., Lee K.-R., Lai J.-Y. // Separation and Purification Technology. 2012. V. 100. P. 97.

  9. Drioli E., Giorno L. // Encyclopedia of Membranes. Springer. 2016.

  10. Scharnagl N., Buschatz H. // Desalination. 2001. V. 139. № 1. P. 191.

  11. Tran T.D., Mori S., Suzuki M. // Thin Solid Films. 2007. V. 515. № 9. P. 4148.

  12. Marbelia L., Mulier M., Vandamme D., Muylaert K., Szymczyk A., Vankelecom I.F.J. // Algal Research. 2016. V. 19 P. 128.

  13. Klaysom C., Hermans S., Gahlaut A., Van Craenenbroeck S., Vankelecom I.F.J. // Journal of Membrane Science. 2013. V. 445. P. 25.

  14. Апель П.Ю., Велизаров С., Волков А.В., Елисеева Т.В., Никоненко В.В., Паршина А.В., Письменская Н.Д., Попов К.И., Ярославцев А.Б. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 2. С. 81.

  15. Miller D.J., Dreyer D.R., Bielawski C.W., Paul D.R., Freeman B.D. // Angewandte Chemie International Edition. 2017. V. 56. № 17. P. 4662.

  16. Rana D., Matsuura T. // Chemical Reviews. 2010. V. 110. № 4. P. 2448.

  17. Yang X., Zhang B., Liu Z., Deng B., Yu M., Li L., Jiang H., Li J. // Journal of Materials Chemistry. 2011. V. 21. № 32. P. 11908.

  18. Cheng B., Li Z., Li Q., Ju J., Kang W., Naebe M. // Journal of Membrane Science. 2017. V. 534. P. 1.

  19. Ismail N.H., Salleh W.N.W., Ismail A.F., Hasbullah H., Yusof N., Aziz F., Jaafar J. // Separation and Purification Technology. 2020. V. 233. P. 116007.

  20. Li Y., Huang S., Zhou S., Fane A.G., Zhang Y., Zhao S. // Journal of Membrane Science. 2018. V. 556. P. 154.

  21. Fang L.-F., Jeon S., Kakihana Y., Kakehi J., Zhu B.-K., Matsuyama H., Zhao S. // Journal of Membrane Science. 2017. V. 528. P. 326.

  22. Jiang J.-H., Zhu L.-P., Zhang H.-T., Zhu B.-K., Xu Y.-Y. // Journal of Membrane Science. 2014. V. 457. P. 73.

  23. Grushevenko E., Balynin A., Ashimov R., Sokolov S., Legkov S., Bondarenko G., Borisov I., Sadeghi M., Bazhenov S., Volkov A. // Polymers. 2022. V. 14. № 8. P. 1625.

  24. Ong C.S., Goh P.S., Lau W.J., Misdan N., Ismail A.F. Fouling and Scaling in Desalination // Desalination. 2016. V. 393. P. 2.

  25. Ayyaru S., Ahn Y.-H. // Journal of Membrane Science. 2017. V. 525. P. 210.

  26. Wang X., Zhao Y., Tian E., Li J., Ren Y. // Advanced Materials Interfaces. 2018. V. 5. № 15. P. 1 t701 427.

  27. Zhang J., Xue Q., Pan X., Jin Y., Lu W., Ding D., Guo Q. // Chemical Engineering Journal. 2017. V. 307. P. 643.

  28. Eremin Y., Grekhov A., Belogorlov A. // Membranes. 2022. V. 12. № 11. P. 1100.

  29. Liu Q., Huang S., Zhang Y., Zhao S. // Journal of Colloid and Interface Science. 2018. V. 515. P. 109.

  30. Пулялина А.Ю., Тян Н.С., Файков И.И., Полоцкая Г.А., Ростовцева В.А. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12. № 5. С. 375.

  31. Yu D.-G., Teng M.-Y., Chou W.-L., Yang M.-C. // Journal of Membrane Science. 2003. V. 225. № 1. P. 115.

  32. Qiu J.-H., Zhang Y.-W., Zhang Y.-T., Zhang H.-Q., Liu J.-D. // Journal of Colloid and Interface Science. 2011. V. 354. № 1. P. 152.

  33. Li X., Fang X., Pang R., Li J., Sun X., Shen J., Han W., Wang L. // Journal of Membrane Science. 2014. V. 467. P. 226.

  34. Younas H., Bai H., Shao J., Han Q., Ling Y., He Y. // Journal of Membrane Science. 2017. V. 541. P. 529.

  35. Arthanareeswaran G., Sriyamuna Devi T.K., Raajenthiren M. // Separation and Purification Technology. 2008. V. 64 № 1. P. 38.

  36. Yan L., Li Y.S., Xiang C.B. // Polymer. 2005. V. 46. № 18. P. 7701.

  37. Zhang X., Fang X., Li J., Pan S., Sun X., Shen J., Han W., Wang L., Zhao S. // Journal of Colloid and Interface Science. 2018. V. 514. P. 760.

  38. Mochalin V., Shenderova O., Ho D., Gogotsi Y. // Nano-Enabled Medical Applications. 2020. P. 313.

  39. Krueger A., Lang D. // Advanced Functional Materials. 2012. V. 22. Functionality is Key. № 5. P. 890.

  40. Etemadi H., Yegani R., Seyfollahi M. // Separation and Purification Technology. 2017. V. 177. P. 350.

  41. Efimov M.N., Sosenkin V.E., Volfkovich Yu.M., Vasilev A.A., Muratov D.G., Baskakov S.A., Efimov O.N., Karpacheva G.P. // Electrochemistry Communications. 2018. V. 96. P. 98.

  42. Efimov M.N., Vasilev A.A., Muratov D.G., Baranchikov A.E., Karpacheva G.P. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2019. V. 7. № 6. P. 103514.

  43. Юшкин А.А., Ефимов М.Н., Васильев А.А., Иванов В.И., Богданова Ю.Г., Должикова В.Д., Карпачёва Г.П., Бондаренко Г.Н., Волков А.В. // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2017. Т. 59. № 6. С. 548.

  44. Lee W.H., Bae J.Y., Yushkin A., Efimov M., Jung J.T., Volkov A., Lee Y.M. // Journal of Membrane Science. 2020. V. 613. P. 118477.

  45. Ефимов М.Н., Жиляева Н.А., Муратов Д.Г., Васильев А.А., Юшкин А.А., Карпачева Г.П. // Журн. физической химии. 2023. Т. 91. № 1. С. 1.

  46. Bakhtin D., Bazhenov S., Polevaya V., Grushevenko E., Makaev S., Karpacheva G., Volkov V., Volkov A. // Membranes. 2020. V. 10. № 12. P. 419.

  47. Shulga Y.M., Baskakov S.A., Smirnov V.A., Shulga N.Y., Belay K.G., Gutsev G.L. // Journal of Power Sources. 2014. V. 245. P. 33.

  48. Mironova E.Yu., Ermilova M.M., Efimov M.N., Zemtsov L.M., Orekhova N.V., Karpacheva G.P., Bondarenko G.N., Zhilyaeva N.A., Muraviev D.N., Yaroslavtsev A.B. // Russian Chemical Bulletin. 2013. V. 62. № 11. P. 2317.

  49. Абаляева В.В., Николаева Г.В., Ефимов М.Н., Ефимов О.Н., Дремова Н.Н., Карпачёва Г.П., Муратов Д.Г. // Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93. № 11. С. 1567.

  50. Овчарова А.А., Василевский В.П., Борисов И.Л., Усоский В.В., Волков В.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2016. Т. 6. № 4. С. 418.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Мембраны и мембранные технологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал