Изучение термической устойчивости синтезированного комплексообразующего мембраны

АННОТАЦИЯ

В статье описан процесс получения и проверки устойчивости синтезированных комплексообразующих мембран к термическим воздействиям. Сорбционная кинетика мембраны некоторых драгоценных и редких металлов показала, что иониты стойки к разным химическим воздействиям и для ионов Ag⁺ являются сорбционно-селективными.

ABSTRACT

The paper presents the process of obtaining synthetic chelating ion exchangers. Tested its resistance to chemical attack. Sorption kinetics of ion exchangers designed some of precious and rare metals. The results showed that different resins resistant to chemical attack and Ag + ion is selective sorption.

Ключевые слова: физико-химические свойства, комплексообразующие мембраны, коэффициент диффузии, кинетика, процесс сорбции, поглощение ионов.

Keywords: physicochemical properties; complexing membranes; diffusion coefficient; kinetics; sorption process; ion absorption.

Сегодня во всем мире мембранные методы очистки сточных вод уже не вызывают сомнений в своей эффективности и конкурентоспособности. Множество зарубежных компаний производят самые различные мембраны, мембранные модули и установки очистки природной и сточной воды на их основе. В нашей стране развитие мембранных технологий, особенно в области очистки сточных вод, сдерживается недостатком практических и теоретических исследований и малой информированностью.

Мембранные методы разделения смесей уже завоевали признание в качестве инструментов, позволяющих снижать энергозатраты в современной химической индустрии – одной из самых энергоемких отраслей промышленности [4].

Широкое использование мембранных методов во многих промышленных процессах возможно благодаря тому, что свойства мембран могут быть адаптированы к техническим требованиям, удовлетворение которых необходимо для успешного проведения этих процессов [5; 3; 2].

Химическую стойкость исследуемых мембран определяли по изменению обменной емкости, относительной потере механической прочности и набухаемости после обработки  нормальное растворами NaOH и H₂SO₄.

Перевод мембраны в ОН-форму осуществляют следующим образом: ионит обрабатывают насыщенным раствором хлористого натрия (4 часа), промывают водой, заливают 5 %-ным раствором соляной кислоты (модуль 1:15), спустя 2 часа заменяют 10 %-ным раствором соляной кислоты, затем промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции и обрабатывают 5 %-ным раствором едкого натрия (2 часа) и несколько раз 10 %-ным раствором едкого натрия (модуль 1:15), потом промывают дистиллированной водой и сушат до постоянного веса.

Нами были исследованы термическая устойчивость и механическая прочность синтезированной мембраны. Термостойкость мембраны определяли методом дифференциально-термического анализа в присутствии водяного и горячего воздуха, набухаемости, относительных потерь механической прочности и массы. Образцы мембраны подвергали термообработке и действию водяного пара при температуре 140 °С в течение 10 часов. Результаты опытов представлены в таблице.

Таблица 1.

Термическая устойчивость мембраны, обработанной водяным паром (температура нагрева – 140 °С в течение 10 часов)

Таким образом, при взаимодействии ДГТ и меламина были синтезированы и исследованы новые комплексообразующие мембраны, которые могут найти применение в процессах сорбции ценных металлов из растворов.

Поэтому также представляло интерес сравнительное изучение термической устойчивости полученной мембраны ДГТ + ПЭПА и промышленной мембраны АН-2Ф. мембраны были использованы в ОН-форме. Термическую устойчивость характеризовали по изменению обменной емкости, массы, удельного объема мембраны.

Термостойкость мембраны в воде. Устойчивость мембраны к термогидролизу определяли следующем образом: навеску мембраны помещали в ампулы, заливали дистиллированной водой, ампулы запаивали и выдерживали при температуре 100 °С в течение 48 часов. После термообработки ампулы вскрывали, мембраны отделяли от водяной вытяжки, сушили до воздушно-сухого состояния, взвешивали и определяли обменную емкость, удельный объем и насыпной вес (табл. 2).

Таблица 2.

Исследование термической устойчивости мембраны в воде

Данные таблицы 2 показывают, что при температуре кипения воды свойства испытуемых мембран изменяются с увеличением длительности термообработки. При нагревании мембраны в воде уменьшение обменной емкости связано с процессом термического дезаминирования, который представляет собой реакцию гидролиза, в результате которой в водную фазу переходят аминогруппы. Поэтому об устойчивости мембраны к термогидролизу судили также по изменению рН водной вытяжки.

С этой целью водные вытяжки мембраны после термообработки соединяли с промывными водами, определяли рН, а также содержание аминогрупп по методике [1]. Результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Исследование водных вытяжек мембраны после термообработки

Из данных таблицы 3 видно, что после термообработки в течение 48 часов у мембраны ДГТ + ПЭПА обменная емкость уменьшилась всего на 5 %, что соответствует количеству аминогрупп, найденных в водной вытяжке анионита – 0,78 мг-экв/г, тогда как у мембраны АН-2Ф обменная емкость после термообработки в течение 48 часов уменьшалась на 24 %, а водные вытяжки содержали 1,6 мг-экв/г на аминогруппу. Таким образом, предварительные исследования термической устойчивости полученных мембран в воде позволяют сделать вывод о достаточно высокой термостойкости этих мембраны, что, по-видимому, обусловлено наличием в их структуре примесей, которые предотвращают ионогенные группы от термического воздействия со стороны внешней среды. Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования мембраны ДГТ + ПЭПА в процессах сорбции различных ионов не только при нормальной, но и при повышенной температуре.

Низкая механическая прочность мембран ограничивает применение их в некоторых областях промышленности. Для исследования механической прочности полученных мембран зерна мембраны подвергали взаимному истиранию как в сухом состоянии, так и в воде.

Сравнительную оценку механической прочности проводили сопоставлением гранулометрического состава до и после испытания на вибрационной установке в течение 10 часов. Механическую стойкость оценивали в процентах после просеивания образовавшейся пылевидной фракции. Полученные данные показали, что гранулометрический состав мембраны ДГТ + ПЭПА не изменился после 10-часового встряхивания как в воде, так и в сухом состоянии. Это свидетельствует о высокой механической прочности испытуемой мембраны, которая обусловлена структурой анионита.

Синтезированный ионит хорошо сорбирует ионы переходных и благородных металлов и может найти применение при сорбции металлов из растворов. Исследованные ионы по степени сорбции ионитом можно расположить в следующий ряд: Ag > Cu > Co.

Список литературы:

1. Мясоедова Г.В. Комплексообразующие сорбенты: синтез, свойства и применение в неорганическом анализе : дис. … д-ра хим. наук. – М. : ГЕОХИ РАН, 1988. – 244 с.
2. Эшкурбонов Ф.Б. Получение ионитов на основе реакции взаимодействия тиомочевины, эпихлоргидрина и различных аминов // Узб. хим. журн. – 2013. – № 5. – С. 27–30.
3. Орлов А.А., Долматова Т.Е., Кошелев А.В., Скиданов Е.В. МЕМБРАННЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ В СЕЛЬСКИХ УСЛОВИЯХ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 4-5. – С. 1084-1088;
4. Palladium coated ceramic hollow fibre membranes for hydrogen separation / M. Kilgus, V. Gepert, N. Dinges, C. Merten [et al.] // Desalination. – 2006. – Р. 95–96.
5. Tverskoj V.A. Membrannye processy razdelenija. Polimernye membrany. – MITHT im. M.V.Lomonosova, 2008. – 59 p.