УФ-ИНДУЦИРОВАННАЯ САМООЧИЩАЮЩАЯСЯ МЕМБРАНА, СОДЕРЖАЩАЯ TIO2 ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИИ НЕФТЬ / ВОДА Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Вестник магистратуры. 2020. № 1-1 (100)

ISSN 2223-4047

УДК 62

В.К. Вежновец, Д.Э. Курлович

УФ-ИНДУЦИРОВАННАЯ САМООЧИЩАЮЩАЯСЯ МЕМБРАНА, СОДЕРЖАЩАЯ ТЮ2 ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИИ НЕФТЬ / ВОДА

Эмульгированные нефтесодержащие сточные воды представляют серьезную угрозу для здоровья человека, и традиционные технологии не в состоянии отделить нефть, капля которой представляется небольшого размера. Мембраны с особой смачиваемостью считаются наиболее эффективным способ разделения нефтяных / водных эмульсий, но остаются проблемы, связанные с высокими материальными затратами, сложностью обработки, и загрязнением мембран. Для решения этой проблемы разработаны самоочищающиеся мембраны, состоящие из наноцеллюлозы и TiO2, наночастицы которой были разработаны благодаря легкому и устойчивому процессу фильтрации под вакуумом.

Ключевые слова: эмульсия, нефть, вода, самоочищающиеся мембраны, разделение эмульсий.

Прямой сброс эмульгированных нефтесодержащих сточных вод стал серьезной глобальной экологической проблемой, которая несет серьезный ущерб экологии и здоровью людей. Как правило, размер эмульгированной капли нефти в сточных водах составляет менее 20 мкм, поэтому традиционные гравитационные сепараторы и методы скимминга не могут отделить такие стабильные эмульсии. Поэтому наиболее перспективными способами являются мембраны со специальными смачиваемыми поверхностями, которые за счет своих супергидрофобных / суперолеофильных и супергидрофильных / подводных суперо-леофобных свойств позволяют эффективно разделять эмульсии нефть / вода. Однако супергидрофобные / суперолеофильные мембраны легко загрязняются нефтью, потому что они разделяют эмульсию в процессе «удаления нефти». Супергидрофильные / подводные суперолеофобные мембраны отделяют эмульгированные нефтесодержащие сточные воды «водоотводящим» способом, который проявляет противооб-растающее свойство из-за их подводной суперолеофобности. Постоянно загрязненная мембрана показала очень низкую проницаемость, которая не может быть восстановлена путем промывки или применения обратного фильтрационного избыточного давления. Поэтому самоочищающиеся мембраны привлекают большое внимания как для фундаментальных исследований, так и для практического применения в разделении нефти и воды.

Наночастицы ТЮ2 обладают уникальными фотоиндуцированными супергидрофильными свойствами, которые наделяют их выдающимися характеристиками в самоочищающихся покрытиях и функциональных межфазных материалах со специальной смачиваемостью. Материалы на основе ТЮ2 в настоящее время используются очень часто и являются перспективными для создания супергидрофильных технологий за счет своих фотокаталитических свойств. После ультрафиолетового (УФ) облучения на поверхности ТЮ2 образуются микроструктуры, состоящие из гидрофильной и олеофильной фаз, что приводит к супергидрофильному свойству. Фотокаталитическая активность ТЮ2 сильно зависит от его фазовой структуры, размера кристаллитов, удельных площадей поверхности и структуры пор. Из-за универсальных свойств мембраны с покрытием ТЮ2 можно сделать вывод, что разработка таких поверхностей и их применение является эффективным для разделения нефте / водной эмульсии.

Для решения проблем, связанных с высокой стоимостью материалов и сложной обработкой, необходим устойчивый и простой способ изготовления экологически чистой мембраны для высокоэффективного разделения эмульсии нефть / вода с использованием недорогого и возобновляемого сырья.

Наноцеллюлоза, один из самых интересных наноматериалов на основе природы и привлекает большое внимание во множестве областей, таких как тканевая инженерия, очистка воды, энергетические

© Вежновец В.К., Курлович Д.Э., 2020. Научные руководители:

Куличков Сергей Владимирович - кандидат технических наук, доцент, Дальневосточный федеральный университет, Россия.

Гульков Александр Нефёдович - доктор технических наук, профессор, Дальневосточный федеральный университет, Россия.

ISSN 2223-4047

Вестник магистратуры. 2020. № 1-1 (100)

устройства и нанокомпозиты. Сочетание высокой гидрофильности, большой площади поверхности, био-разлагаемости и высокого аспектного отношения делает наноцеллюлозу очень перспективным сырьем для создания прочных мембран при разделении эмульсий нефть / вода.

Тем не менее, мембраны подвергаются загрязнению после длительного использования, что приводит к снижению потока воды. Для преодоления загрязнения нефтью и улучшения водного потока мембраны, разработана прочная самоочищающаяся мембрана с помощью вакуумной фильтрации суспензии, которая содержит оксисульфат титана (ТСМС). Наночастицы ТЮ2 образуются на поверхности ТСЫС путем гидролиза оксисульфата титана, что приводит к иерархической архитектуре образующейся мембраны. Приготовленная мембрана с наночастицами ТЮ2 и с шероховатой поверхностью проявляет супергидрофильные / подводные суперолеофобные свойства, показывает улучшенную проницаемость воды и свое свойство самоочищения.

а b cd

Рис. 1. Принципиальная схема изготовления мембран наделенных TiO2 (а) суспензия, содержащая оксисульфат титана, (б) суспензия TiO2 / TCNC, (в) TiO2 /TCNC композитная мембрана и (d) ТЮ2 декорированный TCNC

На рис. 1 показан процесс изготовления прочной самоочищающейся мембраны наделенной TiO2 с иерархической архитектурой. TiOSO4 добавляется в суспензию, TiO2 перемещается к поверхности ПСМ, потому что прочная самоочищающаяся мембрана заряжена отрицательно, потому что была получена серным кислотным гидролизом туникатной целлюлозы. Затем наночастицы TiO2 формируются на поверхности TCNC путем гидролиза оксисульфата титана в суспензии (рис. 1а - б). После фильтрации вышеуказанной суспензии TCNC, украшенный наночастицами TiO2, «собирается» в нанокомпозитную мембрану с иерархической архитектурой (рис. 1c - d).

УФ-индуцированные самоочищающиеся мембраны, содержащие TiO2 изготавливаются простой вакуумной фильтрацией суспензии, содержащей нанокристаллы TiO2, которые образуются на поверхности TCNC в результате гидролиза оксисульфата титана. Созданная нанокомпозитная мембрана демонстрирует иерархическую архитектуру, нанопористую морфологию и супергидрофильную / подводную олеофобную поверхность, что приводит к эффективному разделению различных стабилизирующих поверхностно-активных веществ деэмульсий с высоким отводом нефти (> 99,5%).

Библиографический список:

1. Волков А.А., Балашова В.Д., Коновальчук О.Ю. К вопросу разрушения стабильных водонефтяных эмульсий/Нефтепромысловое дело. - 2013. - №5. - С. 40-42.

2. Комплексный метод очистки сточных вод нефтехимических предприятий 2017 / Фаизов А.А., Ягафарова Г.Г., Курова Е.С., Ягафарова Д.И., Хусаинов М.А., Минигазимов Н.С.

3. Особенности разделения устойчивой водонефтяной эмульсии на коалесцирующим фильтре с насадками на основе целлюлозы / Ле Тхань Тхань, Зайцев Н.К., Ферапонтова Н.Б

ВЕЖНОВЕЦ ВСЕВОЛОД КОНСТАНТИНОВИЧ - магистрант, Дальневосточный федеральный университет, Россия.

КУРЛОВИЧ ДАНИЛ ЭДУАРДОВИЧ - магистрант, Дальневосточный федеральный университет, Россия.