Зворотний осмос у поєднанні з іншими фізико-хімічними методами при знесоленні слабомінералізованих вод

Предмет:

Тип роботи:

Автореферат

К-сть сторінок:

Мова:

Українська

Оцінка:

взаємодії між собою, а також з молекулами розчинника і матеріалом мембрани. Показано, що при розділенні розчинів катіонної поверхнево-активної речовини (КПАР) – етонію чітко простежується взаємо-зв’язок між структурою колоїдних розчинів і транспортними властивостями мембран. Структурні фактори, обумовлені геометричними розмірами, складністю будови молекул органічної речовини та їх агрегацією, безумовно, є визначальними при розділенні розчинів етонію зворотноосмотичною мемб-раною МГА-95, значення R КПАР якою у досліджуваній області концентрацій становить 0, 99. В області критичної концентрації міцелоутворення (ККМ) значення R етонію ультрафільтраційною мембраною УАМ-100 значно зростає, що є також наслідком зміни структури розчинів.

Електрокінетичними вимірюваннями показано, що екстремальний харак-тер зміни значення R етонію ультрафільтраційною мембраною УАМ-150 від його концентрації в області до ККМ обумовлений перезарядкою мембрани (рис. 2). На основі кореляції отриманих концентраційних залежностей по-тенціалу течії і значення R етонію мембраною зроблено висновок про суттєву роль електрохімічного механізму при розділенні доміцелярних розчинів КПАР широкопористими ацетатцелюлозними мембранами.

Особливий характер розподілу органічної речовини у пермеаті і ретентаті спостерігається при розділенні розчинів катіонного барвника (метиленового блакитного) зворотним осмосом за допомогою мембрани УАМ-50. Показано, що барвник у дисоційованому стані (рН<4) слабо адсорбується мембраною і тому, залишаючи її, збагачує пермеат. В області рН>4 барвник перебуває у розчині, головним чином, у недисоційованій формі, і саме у цій області спостерігається одночасне зростання адсорбції та затримки барвника.

Проте, як свідчать тривалі експерименти, при вичерпуванні адсорбційної ємності мембрани УАМ-50 відбувається проскок барвника і в результаті цього різке зниження значення R. Це стосується також зворотноосмотичних аце-тилцелюлозних мембран, хоча і в меншій мірі. Аналогічні результати отримані за умов розділення розчинів іншого катіонного барвника – брильянтового зеленого. Наведені результати вказують на те, що явище адсорбції зазначених катіонних барвників унеможливлює ефективне очищення від них розчинів не тільки ультрафільтраційними, але і зворотноосмотичними ацетилцелюлозними мембранами.

ФОРМУВАННЯ ТА ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДИНАМІЧНИХ МЕМБРАН ІЗ ГІДРОКСОСПОЛУК ПОЛІЗАРЯДНИХ ІОНІВ МЕТАЛІВ

Як відомо, розчинені у воді солі полізарядних іонів металів схильні до гідролізу, в результаті чого утворюються гідроксосполуки, які мають пози-тивний заряд поверхні та різну структуру агрегатів. У звязку з цим ДМ, що сформовані з гідроксосполук полізарядних іонів металів, доцільно використовувати як модельні системи для визначення основних фізико-хімічних закономірностей процесу очищення води зворотним осмосом із використанням позитивно заряджених напівпроникних мембран.

Показано, що одним із можливих методів регулювання транспортних властивостей ДМ із гідроксосполук полізарядних іонів металів є зміна умов формування цих ДМ. Для пояснення механізму процесу формування ДМ використана теорія конвективного фільтрування, яка дозволила встановити, що процес формування цих ДМ проходить у дві стадії: спочатку відбувається закупорювання пор основи, а потім утворення мембранного шару на її поверхні.

З підвищенням рН формувального розчину зростає (до максимального значення R = 0, 99), а потім мало змінюється затримка ультрафільтраційною ацетилцелюлозною мембраною УАМ-500 як основою усіх досліджуваних гідроксосполук полізарядних іонів металів внаслідок збільшення розмірів їх агрегатів (рис. 3). Це явище викликає інтерес, тому що дозволяє ефективно очищати розчини від гідроксосполук іонів важких металів високопродуктив-ними ультрафільтраційними мембранами.

Завдяки високій затримці гідроксосполук полізарядних іонів металів відбувається інтенсивне формування ДМ на основі. Проте, тільки частина гідроксосполук полізарядних іонів металів (Fe3+, Al3+ і Cr3+) утворює у цьому випадку ДМ, які проявляють так звану вторинну затримку іонів (Mg2+, K+ тощо) (рис. 3). Слід зазначити, що ці ДМ проявляють максимальне значення R іонів при мінімальному значеннi Iv у певних, досить вузьких, областях рН розчинів. При менших чи більших (по відношенню до цих областей) величинах рН розчинів відбувається зниження значення R і підвищення значення Iv внаслідок відповідно розчинення чи коагулювання мембраноутворюючих речовин.

На думку автора, максимальне значення R іонів при мінімальному значенні Iv, які проявляють досліджувані ДМ, обумовлені, насамперед, тим, що до складу мембраноутворюючих добавок входять гідроксополімерні сполуки тризарядних іонів металів. Маючи високий позитивний заряд поверхні та розгалужену сітку полімерних звязків, вони забезпечують умови формування ДМ, у діях яких найкращим чином поєднується електрохімічний, структурний і стеричний механізми, що характерні для мембран подібного типу.

Показано, що основну роль у механізмі напівпроникності ДМ із гідроксосполук Fe3+, Al3+ і Cr3+ відіграє фіксований заряд поверхні пор. Такий висновок підтверджено результатами електрокінетичних і зворотноосмотичних досліджень, згідно з якими максимальне значення -потенціалу колоїдних часток, наприклад, гідроксосполук іонів Fe3+ знаходиться приблизно у тій же області рН (2, 5 – 3, 5), що і максимальне значення R іонів, яке проявляє ДМ, сформована із цих часток. Про електрохімічний механізм дії цих ДМ свідчить також те, що збільшення концентрації іонів у знесолюваному розчині зменшує значення R їх мембраною, як і те, що ДМ проявляє більше значення R двозарядних, ніж однозарядних іонів.

Що стосується гідроксосполук двозарядних іонів металів (Cu2+, Zn2+, Ni2+ тощо), то вони утворюють ДМ, які проявляють незначну вторинну затримку іонів. Очевидно, ці гідроксосполуки іонів металів мають менший заряд і більший розмір часток, що необхідні для формування ефективних зворотно-осмотичних мембран.

На затримку іонів досліджуваними ДМ впливає також стеричний фактор. На це вказують мінімальні значення Iv, що їх проявляють ДМ в областях рН, де значення R іонів максимальні. Очевидно, за цих умов формуються ДМ з оптимальним розміром пор. При відхиленні від зазначених