Модификация ультрафильтрационных мембран на основе полиакрилонитрила
- Авторы: Бурть Е.С.1, Краснова М.В.1, Макарова М.С.1, Яскевич А.Л.1, Плиско Т.В.1, Назаров Е.А.1, Бильдюкевич А.В.1
-
Учреждения:
- Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси
- Выпуск: Том 14, № 5 (2024)
- Страницы: 345-357
- Раздел: Статьи
- URL: https://kazanmedjournal.ru/2218-1172/article/view/677865
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2218117224050018
- EDN: https://elibrary.ru/MYTWLT
- ID: 677865
Цитировать
Аннотация
Рассмотрены три способа модификации ультрафильтрационных мембран на основе полиакрилонитрила (ПАН) полиэлектролитами: (1) объемная модификация при введении полиакриловой кислоты (ПАК) в формовочный раствор, (2) поверхностная модификация при использовании в качестве осадительной ванны водных растворов полиэтиленимина (ПЭИ) и (3) комбинация методов (1) и (2). Во всех трех случаях модификация мембран полиэлектролитами приводит к эффективной гидрофилизации поверхности ультрафильтрационных мембран (угол смачивания снижается с 41 до 15–25°). Установлено, что объемная модификация ПАН мембран при введении в формовочный раствор 0.05–0.2 мас. % ПАК приводит к снижению удельной производительности по воде со 110 до 96 л/м2 ч. Максимальный коэффициент задерживания поливинилпирролидона К30 – 96% зафиксирован при концентрации ПАК 0.05 мас. %, при последующем увеличении содержания ПАК коэффициент задерживания уменьшается до 70–73%. Поверхностная модификация ПАН мембран полиэтиленимином приводит к увеличению их удельной производительности более чем в 2 раза (до 233–294 л/м2 ч), при этом коэффициент задерживания по поливинилпирролидону К30 составил 82–96% в зависимости от концентрации ПЭИ в осадительной ванне. Показано, что совместный способ модификации снижает удельную производительность до 44 л/м2 ч, что связано с формированием полиэлектролитного комплекса и уплотнением структуры мембран. Установлено, что совместный способ модификации позволяет получить ультрафильтрационные ПАН мембраны с высокой степенью восстановления потока после фильтрации модельных растворов поливинилпирролидона (73–100% в сравнении с 65% для исходной мембраны) и гуминовых кислот (80% по сравнению с 73% для исходной мембраны).
Полный текст

Об авторах
Е. С. Бурть
Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси
Автор, ответственный за переписку.
Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072
М. В. Краснова
Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси
Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072
М. С. Макарова
Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси
Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072
А. Л. Яскевич
Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси
Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072
Т. В. Плиско
Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси
Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072
Е. А. Назаров
Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси
Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072
А. В. Бильдюкевич
Институт физико-органической химии Национальной Академии наук Беларуси
Email: katyaburt@gmail.com
Белоруссия, Минск, ул. Сурганова, 13, 220072
Список литературы
- Wang S., Yin L., Dai J., Chen P., Liu Z., Zhao X., Chen C., Zhou H. // J. Environmental Chemical Engineering. 2023. Vol. 11. № 6. Р. 111464.
- Yu H., Cao Y., Kang G., Liu Z., Kuang W., Liu J., Zhou M. // J. Applied Polymer Science. 2015. Vol. 132. P. 41870.
- Zhao Y., Liao Y., Lai G. S., Yin Y., Wang R. // J. Membrane Science. 2023. Vol. 685. P. 121908.
- Dmitrenko M., Liamin V., Kuzminova A., Mazur A., Lahderanta E., Ermakov S., Penkova A. // Polymers. 2020. Vol. 12. P. 864.
- Ahmad T., Guria C., Mandal A. // J. Industrial and Engineering Chemistry. 2020. Vol. 90. P. 58–75.
- Penkova A.V., Dmitrenko M.E., Ermakov S.S., Toikka A.M., Roizard D. // Environmental Science and Pollution Research. 2018. Vol. 25. P. 20354–20362.
- Wardani A.K., Ariono D., Subagjo, Wenten, I.G. // Polymers for Advanced Technologies. 2019. Vol. 30. P. 1148–1155.
- Gryta M., Woźniak P. // Desalination. 2024. Vol. 574. P. 117254.
- Plisko T.V., Burts K.S., Bildyukevich A.V. // Membranes. 2022. Vol. 12. P. 724.
- Otvagina K.V., Penkova A.V., Dmitrenko M.E., Kuzminova A.I., Sazanova T.S., Vorotyntsev A.V., Vorotyntsev I.V. // Membranes. 2019. Vol. 9. P. 38.
- Koh E., Cho N., Park H.M., Lee Y.T. // J. Water Process Engineering. 2023. Vol. 55. P. 104094.
- Zhang Y., Tong X., Zhang B., Zhang C., Zhang H., Chen Y. // J. Membrane Science. 2018. Vol. 548. P. 32–41.
- Lu Q., Li N. // J. Environmental Chemical Engineering. 2021. Vol. 9. P. 106431.
- Wagner A., Ferraria A.M., Do Rego A.M., Mateus M., Azevedo A.M. // J. Chemical Technology & Biotechnology. 2019. Vol. 94. P. 3548–3558.
- Plisko T.V., Penkova A.V., Burts K.S., Bildyukevich A.V., Dmitrenko M.E., Melnikova G.B., Atta R.R., Mazur A.S., Zolotarev A.A., Missyul A.B. // J. Membrane Science. 2019. Vol. 580. P. 336–349.
- Gayatri R., Yuliwati E., Fizal A.N.S., Zailani M.Z., Jaafar J., Zulkifli M., Taweepreda W., Yahaya A.N.A. // Materials Today: Proceedings. 2024. Vol 96. P. 1–5.
- Kim D. Y., Kim M., Jeon S., Lee J., Park H., Park Y. I., Park S.J., Lee J.H. // J. Membrane Science. 2023. Vol. 688. P. 122114.
- Bubela H., Konovalova V., Kujawa J., Kolesnyk I., Burban A., Kujawski W. // Separation and Purification Technology. 2023. Vol. 325. P. 124573.
- Bildyukevich A., Hliavitskaya T., Melnikova G. // J. Membrane Science and Research. 2021. Vol. 7. P. 45–54.
- Bildyukevich A.V., Hliavitskaya T.A., Nevar T.N. // Membranes and Membrane Technologies 2022. Vol. 4. P. 195–205.
- Younas H., Bai H., Shao J., Han Q., Ling Y., He Y. // J. Membrane Science. 2017. Vol. 541. P. 529–540.
- Ahmad A.L., Majid M.A., Ooi B.S. // Desalination. 2011. Vol. 268. P. 266–269.
- Zhu L.J., Zhu L.P., Jiang J.H., Yi Z., Zhao Y.F., Zhu B.K., Xu Y.Y. // J. Membrane Science. 2014. Vol. 451. P. 157–168.
- Zhang L., Meng Z., Zang S. // J. Environmental Sciences. 2015. Vol. 31. P. 194–202.
- Sharma M., Alves P., Gando-Ferreira L.M. // J. Water Process Engineering. 2023. Vol. 52. P. 103487.
- Kuzminova A., Dmitrenko M., Dubovenko R., Puzikova M., Mikulan A., Korovina A., Koroleva A., Selyutin A., Semenov K., Su R., Penkova A. // Polymers. 2024. Vol. 16. P. 1236.
- Liu N.J., Yu J.Y., Chen X.Y., Liu L.F. // J. Membrane Science. 2024. Vol. 702. P. 122796.
- Emonds S., Kamp J., Viermann R., Kalde A., Roth H., Wessling M. // J. Membrane Science. 2022. Vol. 644. P. 120100.
- Burts K.S., Plisko T.V., Bildyukevich A.V., Rodrigues G., Sjölin M., Lipnizki F., Ulbricht M. // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2022. Vol. 632. P. 127742.
- Burts K.S., Plisko T.V., Sjölin M., Rodrigues, G., Bildyukevich A.V., Lipnizki F., Ulbricht M. // Materials. 2022. Vol. 15. P. 359.
- Plisko T., Burts K., Penkova A., Dmitrenko M., Kuzminova A., Ermakov S., Bildyukevich A. // Polymers. 2023. Vol. 15. P. 1664.
- Plisko T.V., Bildyukevich A.V., Burts K.S., Ermakov S.S., Penkova A.V., Kuzminova A.I., Dmitrenko M.E., Hliavitskaya T.A., Ulbricht M. // Polymers. 2020. Vol. 12. P. 1017.
- Plisko T.V., Bildyukevich A.V., Burts K.S., Hliavitskaya T.A., Penkova A.V., Ermakov S.S., Ulbricht M. // Membranes. 2020. Vol. 10. P. 264.
- Юшкин А.А., Балынин А.В., Небесская А.П., Ефимов М.Н., Бахтин Д.С., Баскаков С.А., Канатьева А.Ю. // Мембраны и мембранные технологии. 2023. T. 13, № 4. С. 331–344.
- Dmitrenko M., Kuzminova A., Zolotarev A., Markelov D., Komolkin A., Loginova E., Plisko T., Burts K., Bildyukevich A., Penkova, A. // Separation and Purification Technology. 2022. Vol. 286. P. 120500.
- Юшкин А.А., Ефимов М.Н., Васильев А.А., Иванов В.И., Богданова Ю.Г., Должикова В.Д., Карпачева Г.П., Бондаренко Г.Н., Волков А.В. // Высокомолек. Соед. А. 2017. Т. 59, №6. С. 548–558.
- Zhang B., Wang D., Wu Y., Wang Z., Wang T., Qiu J. // Desalination. 2015. Vol. 357. P. 208–214.
- Dmitrenko M., Zolotarev A., Plisko T., Burts K., Liamin V., Bildyukevich A., Ermakov S., Penkova A. // Membranes. 2020. Vol. 10. P. 153.
- Бурть Е.С., Плиско Т.В., Прозорович В.Г., Мельникова Г.Б., Иванец А.И., Бильдюкевич А.В. // Мембраны и мембранные технологии. 2022. Т. 12б № 2. С. 116–126.
- Burts K.S., Plisko T.V., Bildyukevich A.V., Li G., Kujawa J., Kujawski W. // Chemical Engineering Research and Design. 2022. Vol. 182 P. 544–557.
- Burts K.S., Plisko T.V., Prozorovich V.G., Melnikova G.B., Ivanets A.I., Bildyukevich A.V. // International Journal of Molecular Sciences. 2022. Vol. 23. P. 7215.
- Burts K., Plisko T., Dmitrenko M., Zolotarev A., Kuzminova A., Bildyukevich A., Ermakov S., Penkova A. // Membranes. 2022. Vol. 12. P. 653.
- Putintseva M.N., Borisov I.L., Yushkin A.A., Kirk R., Budd P. M., Volkov A.V. // Key Engineering Materials. 2019. Vol. 816. P. 167–173.
- Asadi A., Nazari S., Gholami F., Dolatshah M. // J. Water Process Engineering. 2023. Vol. 52. P. 103562.
- Parashuram K., Maurya S.K., Rana H.H., Singh P.S., Ray P., Reddy A.V.R. // J. Membrane Science. 2013. Vol. 425. P. 251–261.
- Modi A., Kasher R. // Water Research. 2024. Vol. 254. P. 121384.
- Zhang L., Kong W., Lan X., Yang, N., Jiang B., Zhang L., Wang R. // J. Membrane Science. 2024. Vol. 706. P. 122958.
- Li S. L., Guan Y., Qin Y., Chen Y., Cheng D., Gong G., Hu Y. // Desalination. 2023. Vol. 549. P. 116354.
- Yang X., Bai R., Cao X., Song C., Xu D. // Separation and Purification Technology. 2023. Vol. 316. P. 123769.
- Ghadiri M. A., Beyranvand A., Morsali S. // Advances in Polymer Technology. 2022. Vol. 2022. P. 8988568.
- Polisetti V., Ray P. // J. Applied Polymer Science. 2021. Vol. 138. P. 49606.
- Jang W., Yun J., Park Y., Park I. K., Byun H., Lee C. H. // Polymers. 2020. Vol. 12. P. 2441.
- Lohokare H.R., Kumbharkar S.C., Bhole Y.S., Kharul U.K. // Journal of applied polymer science. 2006. Vol. 101. P. 4378–4385.
- Ajibade T.F., Xu J., Tian H., Guan L., Zhang K. // Desalin. Water Treat. 2021. Vol. 224. P. 122–135.
- Lekena N., Makhetha T.A., Moutloali R.M. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2023. Vol. 11. P. 110883.
- Qin Y., Yang H., Xu Z., Li F. // ACS omega. 2018. Vol. 3. P. 4231–4241.
Дополнительные файлы
