RU190582U1 - Композитная анионообменная мембрана - Google Patents

Композитная анионообменная мембрана Download PDF

Info

Publication number
RU190582U1
RU190582U1 RU2019102727U RU2019102727U RU190582U1 RU 190582 U1 RU190582 U1 RU 190582U1 RU 2019102727 U RU2019102727 U RU 2019102727U RU 2019102727 U RU2019102727 U RU 2019102727U RU 190582 U1 RU190582 U1 RU 190582U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane
proposed
anion
poly
substrate
Prior art date
Application number
RU2019102727U
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Иванович Заболоцкий
Денис Александрович Бондарев
Станислав Сергеевич Мельников
Александр Валерьевич Беспалов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ")
Priority to RU2019102727U priority Critical patent/RU190582U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU190582U1 publication Critical patent/RU190582U1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44Ion-selective electrodialysis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/58Other polymers having nitrogen in the main chain, with or without oxygen or carbon only
    • B01D71/60Polyamines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/76Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74
    • B01D71/82Macromolecular material not specifically provided for in a single one of groups B01D71/08 - B01D71/74 characterised by the presence of specified groups, e.g. introduced by chemical after-treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к мембранной технике, а именно к ионообменным мембранам. Предлагаемые анионообменные мембраны могут найти применение в электромембранных процессах водоподготовки, деминерализации технологических и пищевых растворов, а также в процессе метатезисного электродиализа.Предлагается композитная сильноосновная анионообменная мембрана, состоящая из трех слоев, основной слой которой образован мембраной-подложкой, содержащей 40% полиэтилена и 60% сильноосновного анионита, состоящего из стирол-дивинилбензольного сополимера с привитыми триметиламмониевыми группами, а два других слоя, образованных поли-N,N-диаллилморфолинием и расположенных по обеим боковым поверхностям мембраны-подложки. Массовая доля поли-N,N-диаллилмофолиния в предлагаемой мембране составляет 0.6-1.3% от массы мембраны-подложки. Предлагаемая мембрана менее токсична, более проста в изготовлении и сохраняет повышенный массоперенос анионов соли. 2 табл., 2 ил., 1 пример.

Description

Полезная модель относится к мембранной технике, а именно к ионообменным мембранам. Предлагаемые анионообменные мембраны могут найти применение в электромембранных процессах водоподготовки, деминерализации технологических и пищевых растворов, а также в процессе метатезисного электродиализа.
Известна сильноосновная анионообменная мембрана, в объеме которой вторичные и третичные аминогруппы алкилируют йодистым метилом до четвертичных аммониевых оснований [Заболоцкий В.И., Гнусин Н.П., и др. «Исследование каталитической активности вторичных и третичных аминогрупп в реакции диссоциации воды на биполярной мембране МБ-3», Журнал «Электрохимия», 1985, вып. 8, том XXI, стр. 1044-1059.]. Данная анионообменная мембрана обладает повышенным массопереносом анионов соли по сравнению с исходной сильноосновной анионообменной мембраной МА-41. Однако, недостаток такой мембраны заключается в ее низкой термохимической стабильности в растворах с высоким значением рН.
Известна бислойная анионообменная мембрана, состоящая из мембраны-подложки (МА-40) и поверхностного модифицирующего слоя, основу которого составляет сополимер акрилонитрила и N,N-диметил-N,N-диаллиламмоний хлорида (ДМДААХ) [патент 2410147 РФ Способ модифицирования анионообменных мембран, МПК B01D 71/06 (2006.01), B01D 71/82 (2006.01), B01D 71/60 (2006.01), B01D 61/44 (2006.01), C08J 5/22 (2006.01), опубл. 27.01.2011]. Она обладает повышенным массопереносом анионов соли, по сравнению с исходной мембраной МА-40, также обладает высокой термохимической стабильностью в технологических растворах с высоким значением рН. Однако, данная мембрана не пригодна для электродиализного разделения водных растворов органических кислот, так как обладает высоким электрическим сопротивлением и, как следствие, электродиализ с применением данной мембраны будет более энергоемкий. Кроме того, мембрана не может использоваться для электродиализного обессоливания пищевых растворов, так как для ее производства необходим токсичный мономер - акрилонитрил.
Наиболее близким аналогом к заявляемой анионообменной мембране является многослойная композитная сильноосновная мембрана, включающая как минимум два полимерных слоя, один из которых образует подложку композитной мембраны и содержит четвертичные аммониевые основания с тремя алкильными заместителями у атома азота, а другой содержит ион-полимер с четвертичными аминами, бидентатно связанными с матрицей двумя связями C-N [патент 2559486 РФ Многослойная композитная полимерная сильноосновная мембрана и способ ее получения, МПК B01D 71/06 (2006.01), B01D 71/82 (2006.01), B01D 71/60 (2006.01), B01D 61/44 (2006.01). C08J 5/22 (2006.01), опубл. 10.08.2015]. Эта мембрана обладает повышенным массопереносом анионов соли, устойчива в технологических растворах с высоким значением рН и может использоваться для электродиализного разделения водных растворов органических кислот. Однако, данная сильноосновная мембрана не пригодна для использования в пищевой промышленности, так как для изготовления полимерного модификатора, необходимого для получения этой мембраны, используется высокотоксичный мономер - акрилонитрил.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение ассортимента мембран за счет получения нетоксичной, более простой в изготовлении мембраны, с сохранением повышенного массопереноса анионов соли.
Технический результат достигается тем, что предлагается композитная сильноосновная анионообменная мембрана, состоящая из трех слоев, основной слой которой образован мембраной-подложкой, содержащей 40% полиэтилена и 60% сильноосновного анионита, состоящего из стирол-дивинилбензольного сополимера с привитыми триметиламмониевыми группами, а два других слоя образованных поли-N,N-диаллилморфолинием и расположенных по обеим боковым поверхностям мембраны-подложки. Массовая доля поли-N,N-диаллилмофолиния в предлагаемой мембране, составляет 0.6 - 1.3% от массы мембраны-подложки.
Отличительными признаками заявляемой композитной мембраны от прототипа являются:
- расположение по обеим боковым поверхностям мембраны-подложки слоев, изготовленных из поли-N,N-диаллилморфолиния;
- наличие поли-N,N-диаллилморфолиния в количестве 0.6-1.3% от массы мембраны-подложки.
На фигуре 1 представлены ИК-спектры поверхности мембран: 1 - ИК-спектр исходной анионообменной мембраны-подложки; 2 - ИК-спектр предлагаемой композитной анионообменной мембраны. На фигуре 2 представлена микрофотография среза предлагаемой композитной мембраны, где: а - мембрана-подложка, б - поверхностный слой из поли-N,N-диаллилморфолиния.
Пример. Сильноосновную анионообменную мембрану, содержащую 40% полиэтилена и 60% анионита, состоящего из стирол-дивинилбензольной матрицы с привитыми к ней триметиламмониевыми группами (МА-41), (производитель ОАО «Щекиноазот», Россия), массой 5 грамм подвергали контролируемому гидролизу, в растворе NaOH с концентрацией 0,2 моль/л при температуре 50°С в течение 15 минут, до образования в ней гидролизованного слоя, содержащего вторичные и третичные аминогруппы. Далее гидролизованную мембрану отмывали от раствора щелочи водой до нейтрального значения рН, промывали 10% раствором соляной кислоты до полного протонирования вторичных и третичных аминогрупп [патент 2559486 РФ]. Отмытую и высушенную мембрану обрабатывали раствором модификатора - 5-10% поли-N,N-диаллилморфолиния бромида в безводной органической среде N-метилпирролидона и муравьиной кислоты в объемном соотношении 1:1. Время модификации составляло 24 часа. Полученную композитную мембрану обозначим как МА-41М, массовая доля поли-N,N-диаллилморфолиния составила 1.3% от массы мембраны-подложки.
Массовую долю поли-N,N-диаллилморфолиния в композитной мембране МА-41М определяли гравиметрическим методом. Электрохимические характеристики мембраны МА-41М, с разной массовой долей поли-N,N-диаллилморфолиния, исследовали на установке с вращающимся мембранным диском, при угловой скорости вращения диска 100 об./мин. Коэффициенты массопереноса рассчитывали по уравнению Km=ipr 0/C0vF, где ipr - предельный электродиффузионный ток исследуемой мембраны, v - кинематическая вязкость раствора, см2/с, С0 - концентрация раствора, моль/см3. Зависимость коэффициентов массопереноса модифицированной мембраны от массовой доли поли-N,N-диаллилморфолиния представлена в таблице 1.
Figure 00000001
На основе экспериментальных данных было выявлено, что увеличение массовой доли поли-N,N-диаллилморфолиния свыше 1.3% не приводит к качественному улучшению массообменных характеристик модифицированной мембраны и становится экономически не выгодным. Снижение массовой доли модификатора ниже 0.6% приводит к существенному снижению массообменных характеристик мембраны МА-41М (2.9 дм/ч против 3.7 дм/ч у прототипа), и как следствие, к повышению энергозатрат в процессе электродиализа. Оптимальная массовая доля поли-N,N-диаллилморфолиния, находящегося в диапазоне от 0.6%-1.3%, обеспечивает достижение поставленной цели.
Наличие поверхностных слоев в предлагаемой композитной мембране устанавливали методом ИК-спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии. Из сопоставления представленных на фигуре 1 ИК-спектров следует, что в ИК-спектре предлагаемой композитной мембраны наблюдается образование новых полос поглощения в области 3650-3100 см-1, 1650 см-1, 1300-500 см-1, которые соответствуют различным валентным и деформационным колебаниям поли-N,N-диаллилморфолиния. Например, интенсивная полоса колебаний С-О-С при 1120 см-1, соответствует деформационным колебаниям морфолинового цикла.
На микрофотографии среза предлагаемой композитной мембраны МА-41М, полученной на сканирующем электронном микроскопе 7500F, "JEOL", Япония (фиг. 2), отчетливо видны два слоя: а - мембраны-подложки, б - поверхностный слой поли-N,N-диаллилморфолиния.
Исследования массообменных характеристики исходной, взятой в качестве мембраны-подложки, прототипа и предлагаемой композитной мембраны проводили на установке с вращающимся мембранным диском, при разной угловой скорости вращения диска (100, 300, 500 об./мин.) [патент 78577 РФ, Устройство для одновременного измерения вольтамперной характеристики и чисел переноса ионов в электромембранных системах, МПК G01N 27/40 (2006.01), G01N 27/333 (2006.01) 02.06.2008 г., опубл. 27.11.2008]. Коэффициент массопереноса ионов соли через мембрану рассчитывали по уравнению: Km=ipr 0/C0vF.
Figure 00000002
Из анализа таблицы 2 следует, что коэффициенты массопереноса предлагаемой композитной мембраны и прототипа имеют близкие значения и существенно (более 50%) превосходят коэффициенты массопереноса исходной мембраны-подложки МА-41. Однако, в отличие от прототипа, для производства предлагаемой композитной мембраны не требуется использование токсичных мономеров (акрилонитрила), а слой поли-N,N-диаллилморфолиния не обладает токсичным действием [Patent No. 9.788.548 В2: US «Synthesis of pure diallyl morpholinium monomers in high yields and using antibacterial effect of their spiro polymers» 17.10.2017].
Приведенные сведения подтверждают заявленный технический результат, а именно, предлагаемая мембрана менее токсична, более проста в изготовлении и сохраняет повышенный массоперенос анионов соли.
Таким образом, предлагаемая анионообменная мембрана является новой, промышленно применимой, а, следовательно, соответствует критериям, предъявляемым к полезным моделям.

Claims (1)

  1. Композитная анионообменная мембрана, состоящая из основного слоя, являющегося мембраной-подложкой, содержащего 40% полиэтилена и 60% сильноосновного анионита, который выполнен из стирол-дивинилбензольного сополимера с привитыми триметиламмониевыми группами, отличающаяся тем, что два других слоя, расположенных по обеим боковым поверхностям мембраны-подложки и состоящих из поли-N,N-диалллилморфолиния, массовая доля которого составляет 0.6-1.3% от массы исходной мембраны.
RU2019102727U 2019-01-31 2019-01-31 Композитная анионообменная мембрана RU190582U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019102727U RU190582U1 (ru) 2019-01-31 2019-01-31 Композитная анионообменная мембрана

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019102727U RU190582U1 (ru) 2019-01-31 2019-01-31 Композитная анионообменная мембрана

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU190582U1 true RU190582U1 (ru) 2019-07-04

Family

ID=67215939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019102727U RU190582U1 (ru) 2019-01-31 2019-01-31 Композитная анионообменная мембрана

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU190582U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU202705U1 (ru) * 2020-07-30 2021-03-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") Анионселективная ионообменная мембрана

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5503729A (en) * 1994-04-25 1996-04-02 Ionics Incorporated Electrodialysis including filled cell electrodialysis (electrodeionization)
US20070039874A1 (en) * 2005-08-16 2007-02-22 General Electric Company Membranes and methods of treating membranes
RU2410147C2 (ru) * 2008-10-22 2011-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "Мембранная технология" Способ модификации анионообменных мембран
RU2516160C2 (ru) * 2011-12-09 2014-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "Мембранная технология" Способ получения бислойных мембран
RU2559486C2 (ru) * 2013-07-16 2015-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "Мембранная технология" Многослойная композитная полимерная сильноосновная мембрана и способ ее получения

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5503729A (en) * 1994-04-25 1996-04-02 Ionics Incorporated Electrodialysis including filled cell electrodialysis (electrodeionization)
US20070039874A1 (en) * 2005-08-16 2007-02-22 General Electric Company Membranes and methods of treating membranes
RU2410147C2 (ru) * 2008-10-22 2011-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "Мембранная технология" Способ модификации анионообменных мембран
RU2516160C2 (ru) * 2011-12-09 2014-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "Мембранная технология" Способ получения бислойных мембран
RU2559486C2 (ru) * 2013-07-16 2015-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "Мембранная технология" Многослойная композитная полимерная сильноосновная мембрана и способ ее получения

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU202705U1 (ru) * 2020-07-30 2021-03-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") Анионселективная ионообменная мембрана

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ge et al. Electrodialysis with nanofiltration membrane (EDNF) for high-efficiency cations fractionation
CN105107393B (zh) 一种基于模板法的单价离子选择性复合膜的制备方法
Zhao et al. Optimization of the operational parameters for desalination with response surface methodology during a capacitive deionization process
Fazullin et al. Infrared spectroscopic studies of the PTFE and nylon membranes modified polyaniline
Kumar et al. Recent developments in ion-exchange membranes and their applications in electrochemical processes for in situ ion substitutions, separation and water splitting
CN104474910B (zh) 一种有机无机复合分离膜的制备方法
CN107551824B (zh) 一种海水脱硼反渗透膜的制备方法
RU190582U1 (ru) Композитная анионообменная мембрана
CN104028120B (zh) 羧甲基纤维素钠复合物填充聚酰胺纳滤膜的制备方法
CN110801738B (zh) 一种高分散二氧化钛掺杂聚酰胺纳滤膜的制备方法
CN106669430A (zh) 纳米结构的有机‑无机杂化分子改性反渗透膜及制备方法
Fazullin et al. Cation-exchange membranes with polyaniline surface layer for water treatment
Siekierka et al. Anion exchange membranes in lithium extraction by means of capacitive deionization system
CN109224865A (zh) 一种高选择分离性纳滤膜的制备方法
Kim et al. Synthesis of polyketone-g-sodium styrene sulfonate cation exchange membrane via irradiation and its desalination properties
KR100542295B1 (ko) 폴리에틸렌/폴리비닐벤질 클로라이드 음이온교환막의제조방법
RU2559486C2 (ru) Многослойная композитная полимерная сильноосновная мембрана и способ ее получения
RU2481885C1 (ru) Способ получения композитной мембраны с фиксированной толщиной слоя полианилина
KR101759998B1 (ko) 카테콜 그룹을 갖는 이온교환고분자, 이의 제조방법 및 응용
US20180326364A1 (en) Homogeneous Anion-Exchange Composite Membrane Having Excellent Chemical Resistance and Method for Producing the Same
KR101673928B1 (ko) 폴리케톤 양이온 교환막 및 이의 제조방법
CN115007003A (zh) 一种高通量荷正电复合纳滤膜、制备方法及应用
RU202705U1 (ru) Анионселективная ионообменная мембрана
KR20160127201A (ko) 이미다졸륨 고분자층을 포함한 음이온 교환막 및 이의 제조방법
Demina et al. The effect of aprotic solvent on the selectivity of ion-exchange membranes