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

Розроблені нові ДМ із природних алюмосилікатів (черкаського монтморилоніту і палигорськіту), які проявляють високу затримку катіонних барвників, зокрема, метиленового блакитного і брильянтового зеленого (табл.). Як основа для формування ДМ використана пориста керамічна трубка із оксиду алюмінію (-Al2O3), середній діаметр пор у розділювальному шарі якої становить 0, 6-0, 7 мкм.

 

Таблиця

Транспортні властивості ДМ із монтморилоніту і палигорськіту у залежності від концентрації метиленового блакитного у розчині

 Концентрація

барвника,

кг/м3 ДМ з монтморилоніту ДМ з палигорськіту

Rбарвника Iv105, м/с Rбарвника Iv105, м/с

0, 022 0, 99 2, 53 0, 96 2, 66

0, 063 0, 99 2, 50 0, 96 2, 58

0, 124 0, 98 2, 45 0, 95 2, 50

0, 235 0, 97 2, 36 0, 93 2, 41

0, 310 0, 96 2, 25 0, 90 2, 29

 

На основі результатів дослідження впливу різних чинників на транспортні властивості ДМ із глинистих мінералів показано, що у механізмі затримки досліджуваних барвників важливу роль відіграє явище адсорбції. На відміну від ацетатцелюлозних мембран, в яких адсорбція негативно впливає на затримку катіонних барвників – метиленового блакитного і брильянтового зеленого, у ДМ із глинистих мінералів створюються, очевидно, завдяки адсорбції необхідні умови для формування додаткового шару самоутворюваних ДМ із асоціатів цих барвників. Зроблено висновок, що ДМ із глинистих мінералів доцільно використовувати для очищення промислових стічних вод від зазначених катіонних барвників.

 

 

Для визначення природи явищ, які лежать в основі розділення іонів зворотним осмосом, досліджено закономірності їх затримки нанофільтра-ційними полімерними мембранами та ДМ із різних органічних речовин у колоїдному стані. Такий вибір обумовлений тим, що нанофільтраційні полімерні мембрани проявляють більшу затримку двозарядних іонів, ніж однозарядних, чим пояснюється широке застосування цих мембран для зниження твердості води, а ДМ характеризуються високою реакцією на вплив різних чинників, що створює необхідні умови для регулювання транспортних властивостей цих мембран.

Встановлено (рис. 6), що нанофільтраційна полімерна мембрана ОПМН-П проявляє значно більшу затримку іонів Mg2+, ніж К+. Зміна рН розчинів суттєво впливає на потенціал течії позитивно зарядженої мембрани ОПМН-П. Такий характер одержаних залежностей повинен відповідати електрохімічному механізму дії цієї мембрани. Проте, за аналогічних умов не спостерігається різкої зміни затримки іонів мембраною. Зокрема, вона проявляє досить високу затримку іонів в ізоелектричній точці. На основі одержаних результатів зроблено висновок, що основну роль у затримці іонів досліджуваною мембраною відіграє не електрохімічний, а інший, очевидно, структурний механізм.

Також визначені основні закономірності затримки катіонів зворотним осмосом за допомогою ДМ із полімерів вінілпіролідону (ПВП) і аміностиролу (ПАС), а також з їх сополімеру (СВПАС). Показано, що при знесоленні розчинів хлоридів натрію та кальцію ДМ із ПВП проявляє найбільшу затримку іонів Ca2+ і Na+ при значеннях рН ~ 1, 5, а ДМ із ПАС – в області рН 3 – 4. ДМ із СВПАС порівняно добре затримує ці іони у ширшому інтервалі рН. Таким чином, область рН розчинів, в якій ДМ із СВПАС проявляє високу затримку катіонів, можна регулювати, змінюючи співвідношення компонентів у сополімері.

При зіставленні результатів вимірювання затримки катіонів і потенціалу течії ДМ із СВПАС виявлено, що найбільше розділення іонів Ca2+ і Na+ цією мембраною спостерігається при нейтральних значеннях рН розчину, коли заряд поверхні пор найменший. Це свідчить про те, що електрохімічний механізм відіграє у цьому процесі незначну роль.

Особливо цікавим є той факт, що затримка іонів Ca2+ вища, ніж іонів Na+ при меншій густині гелю, з якого сформована ДМ. Очевидно, цей ефект обумовлений існуванням у гелі зв’язаної води, яка утворює опір перенесенню через ДМ іонів у залежності від їх розмірів. Таким чином, наведені результати вказують на те, що суттєвий внесок у розділення катіонів Ca2+ і Na+ зворот-ним осмосом за допомогою ДМ із СВПАС, як і у випадку нанофільтраційної мембрани ОПМН-П, робить структурний механізм.

Основні закономірності розділення аніонів розчинів електролітів досліджені на ДМ, які сформовані із таких поліелектролітів як поліакриламід (ПАА) і сополімер акриламіду з діетиламіноетилметакрилатом (АА-ДЕАЕМ). При розробці ДМ із поліелектролітів значна увага приділена дослідженню ролі рН та іонного складу розчинів. Варіювання ними дозволяє змінювати ступінь дисоціації іоногенних груп поліелектролітів, і як наслідок, заряд молекул, розмір макромолекулярних клубків і структуру сформованих ДМ. Через те що властивості ДМ із поліелектролітів визначаються структурою мембрани та її зарядом, регулюючи рН розчину, можна одержати ДМ із різною затримкою іонів. Зміна конформації макромолекул позначається на в'язкості їх розчинів, регулювання якої дозволяє вибрати оптимальні умови для формування та функціонування ДМ.

Встановлено, що результати потенціометричних і віскозиметричних ви-мірювань відповідно повного й ефективного зарядів ПАА узгоджуються з даними зворотноосмотичних досліджень сформованої з нього ДМ. Якщо затримка неіонізованої речовини, наприклад, цукрози визначається, зокрема, структурними властивостями ДМ, то у випадку електролітів (NaCl, Na2SO4) значну роль відіграє ще й електрохімічна взаємодія між негативно зарядженими молекулами ПАА та іонами солей. Затримка електроліту проходить через максимум, який спостерігається не в області рН 2, 3 – 2,