ИСТИНА

Перспективным мембранным процессом для разделения жидких смесей, является первапорация, посредством которой происходит разделение веществ путем их испарения через мембрану. Первапорация является актуальным способом дегидратации водно-спиртовых смесей. В силу своей высокой эффективности, низкого энергопотребления и эксплуатационных преимуществ, первапорация может являться альтернативой традиционным методам, основанным на ректификации, перегонке или химическом связывании воды. В качестве селективного слоя в мембранах для процессов первапорации может использоваться оксид графена (GO). Гидрофильные группы GO позволяют диспергировать его в воде, создавая суспензию нанолистов, которые при нанесении на пористую подложку образуют взаимосвязанную слоистую структуру. Через такую мембрану возможна диффузия паров воды, при этом диффузия молекул спирта затруднена. Целью данной работы является изучение процессов первапорации с использованием мембран на основе оксида графена для разделения водно-спиртовых смесей. Оксид графена синтезировали модифицированным методом Хаммерса. Для этого среднечашуйчатый графит окисляли с помощью перманганата калия в смеси концентрированных серной и фосфорной кислот. Полученную смесь обработали избытком щавелевой кислоты, разбавили, подвергли многократному центрифугированию и промыванию дистиллированной водой, а затем очистке методом диализа. В результате получилась концентрированная суспензия нанолистов оксида графена, которую разбавили в 400 раз, и после проведения ультразвуковой обработки использовали для нанесения GO на пористые подложки. Изготовлена серия мембран с селективным слоем оксида графена различной толщины, полученных путем вакуумной фильтрации различного объема суспензии оксида графена (2.5, 5, 7.5 и 10 мл) через подложку трековой мембраны с диаметром пор 200 нм из полиэтилентерифталата. Микроструктура данных мембран охарактеризована методом РЭМ. Увеличение толщины мембраны приводит формированию дефектов, что увеличивает газопроницаемость мембран и снижает их селективность в процессе первапарационного разделения вода/спирт (Рис. 1). Наилучшие результаты продемонстрировала мембрана, полученная путем фильтрации 5 мл суспензии GO, проницаемость которой составила 0,426 кг/(м2*ч), при селективности H2O/C2H5OH – 5 (уменьшение содержания EtOH после первапорации в 5 раз). Для дальнейшего улучшения характеристик мембран были опробованы более гидрофильные подложки из ацетата целлюлозы и полиэфирсульфона, это позволило на порядок снизить газопроницаемость композитной мембраны.