CC BY
61
УДК 66.081.63
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ МЕМБРАН В РАСТВОРАХ СУЛЬФАНИЛАТА НАТРИЯ
© О.А. Абоносимов, С.И. Лазарев, А.С. Горбачев
Ключевые слова: водопроницаемость; мембрана; обратноосмотическое разделение.
В статье приведены результаты исследования влияния на водопроницаемость мембран основных параметров процесса обратноосмотического разделения раствора. Получено выражение зависимости водопроницаемости от давления раствора над мембраной, концентрации и температуры.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из важнейших характеристик процесса обратноосмотического разделения растворов является водопроницаемость мембран. Водопроницаемость характеризуется коэффициентом водопроницаемости. Данная величина характеризует производительность процесса и является количественной оценкой проницаемости мембран [1].
Коэффициент водопроницаемости мембран зависит от многих параметров системы, таких как: природа мембран и растворов, концентрация растворенного вещества, давление и гидродинамическая обстановка в разделительном элементе.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Были проведены эксперименты по исследованию коэффициента водопроницаемости на различных типах мембран ББРА, МГА-90Т и ОПМ-К, при различных давлениях и концентрации растворов. Эксперименты проводились на установке и по методике, описанной в работе [2]. Результаты экспериментов для мембран ББРА, МГА-90Т и ОПМ-К представлены на рис. 1-3.
а * 10*6,
М3/М2С
Рис. 1. Водопроницаемость раствора сульфанилата натрия для мембраны МГА-90Т
С=10кг/м — ■
Рис. 2. Водопроницаемость раствора сульфанилата натрия для мембраны ЕвРА
С=10кг/м
С=50кг/м
С=200кг/м .
С=50кг/м
С=200кг/м .
Рис. 3. Водопроницаемость раствора сульфанилата натрия для мембраны ОПМ-К
------- С=10кг/---------С=50кг/ ........ С=100кг/
--- ■ — С=200кг/ ------С=300кг/
В результате проведенных исследований выявлены закономерности влияния давления и концентрации в процессе обратноосмотического разделения водных растворов сульфанилата натрия на коэффициент водопроницаемости мембран.
Установлено, что с повышением концентрации раствора сульфанилата натрия происходит уменьшение потока пермеата для всех типов исследуемых мембран, что связано с повышением осмотического давления (теория Вант-Гофа) и образованием пограничного диффузионного пограничного слоя (сульфанилат натрия относится к низкомолекулярным органическим соединениям, для которых коэффициент массоотдачи достаточно низок [3]), который повышает сопротивление для удельного потока. Здесь также необходимо говорить о росте осмотического давления с повышением концентрации, и, как следствие, снижении движущей силы процесса разделения.
Анализируя зависимость коэффициента водопроницаемости от давления, приложенного к системе, можно говорить о перепаде давления до и после мембраны как об основной движущей силе процесса (параметры повышаются с увеличением давления).
Также из приведенных зависимостей следует, что коэффициент водопроницаемости зависит и от типа мембран. Так, коэффициент водопроницаемости для мембраны ОПМ-К несколько выше, чем у мембран МГА-90Т и ESPA (при прочих равных условиях). Это, вероятно, связано с различием структуры активного слоя [1], а также различным характером взаимодействия мембран с растворенным веществом и растворителем.
Давление над мембранной является движущей силой процесса обратноосмотического разделения. Коэффициент водопроницаемости мембраны связан с движущей силой процесса разделения следующим уравнением:
Таблица 1
Мембрана Раствор k-107 n m
МГА-90Т Сульфанилат натрия 5,745294 -0,39065 2,894219
ESPA Сульфанилат натрия 8,615161 -0,48844 3,17998
ОПМ-К Сульфанилат натрия 10,3182 -0,05029 2,894219
На основе формулы (1) с учетом полученных зависимостей коэффициента водопроницаемости от давления раствора над мембраной, концентрации и температуры получено следующее выражение:
a = к ■ (P - Ап) • С'
Í T У”
V Т0 ,
(2)
a = G /(P - Ап),
(1)
где k, n, m - эмпирические коэффициенты, Т0, Т -реперная (принятая нами 293 К) и рабочая температура разделяемого раствора. Значения эмпирических коэффициентов приведены в табл. 1.
ВЫВОД
Выявлено влияние на водопроницаемость мембран рабочего давления в системе, температуры разделяемого раствора, концентрации вещества и системы раствор - мембрана.
Получено выражение зависимости коэффициента водопроницаемости мембран от параметров процесса обратноосмотического разделения раствора сульфани-лата натрия.
где G - удельная производительность, Р - давление над мембранной, Ап - перепад осмотического давления в растворах по обе стороны мембраны.
Из данного уравнения видно, что коэффициент водопроницаемости пропорционален движущей силе процесса (P - Ап) . Что и подтверждается нашими исследованиями.
Однако здесь более наглядно проявляется снижение производительности при увеличении концентрации раствора сульфанилата натрия. Объяснения этому явлению могут быть даны из рассмотрения трех типов взаимодействия: органическое вещество - вода, вода -мембрана, органическое вещество - мембрана [3]. Для наших исследований, вероятно, определяющим взаимодействием, влияющим на производительность мембран, является взаимодействие мембрана - растворенное вещество.
Из сорбционных измерений в работе [2] установлено, что мембраны МГА-90Т, ESPA, ОПМ-К хорошо сорбируют молекулы сульфанилата натрия. Вследствие этого можно предположить, что молекулы, сорбируясь на поверхности мембраны, а также на стенках пор сужают сечение потока в порах, а некоторые поры вообще перекрывают, что в свою очередь отражается на водопроницаемости.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дытнерский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. М.: Химия, 1986. 272 с.
2. Лазарев С.И., Горбачев А. С. // Конденсированные среды и межфазные границы. Воронеж, 2005. Т. 7. Вып. 5. № 4. С. 409-412.
3. Николаев Н.И. Диффузия в мембранах. М.: Химия, 1980. 232 с.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 г. по государственному контракту № 02.740.11.0272.
Поступила в редакцию 14 февраля 2010 г.
Abonosimov O.A., Lazarev S.I., Gorbachyov A.S. Research of membrane’s water resistance in alloys of Natrium Sulfanilat.
The article shows the results of the research of main parameters influence of reverse osmotic alloy separation on membrane’s water resistance. The expression for dependence of water resistance from the pressure of the alloy over the membrane, concentration and temperature.
Key words: water resistance; membrane; reverse osmotic separation.
