CC BY
14_ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ_
Т 50 (3) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2007
УДК 637.133.5
О,В* П вчина, В ЛИ. Седёлки», ГЖ Денисова, АЖ Суркова, Л .Ф, Рамазаева
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ФОРМОВОЧНЫХ РАСТВОРОВ НА СТРУКТУРУ УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИОННЫХ МЕМБРАН НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНОГО АЦЕТАТА ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
(ЭНГСЛЬССКИН ТСХНОЛОГНЧССКНН институт (филиал)
Саратовского з осударствс! \ иого тех нического у и м верст ста)
Е-таП; росЫачпрр^та il.ru
Предложена новая рецептура для получена я ул ьт рифил ьтрац и он п ых ацетат целлюлозных мембран, С целью повышения однородности растворов вторичного ацетата целлнкшш (ВАЦ) в ацетоне в исходные растворы для получения ультрафильтрационных мембран добавлен утиловыи спирт. Исследовано влияние содержания >т илового спирта в растворе (варьировали от 5% до 25% объемных) на структуру и разделительную способность мембран т 5, 7 и 10%-х по массе растворов ВАЦ, Структура ультра-фильтрационных мембран исследована методом электроншш микроскопии, растворов -методом спектра мутности.
0<г Тч*-
дней из ведущих тенденции последних лет в развитии молочной промышленности в нашей стране и за рубежом является широкое использование мембранных методов обработки. Они открыли возможности для получения новых видов молочных продуктов и повлекли за собой корепное изменение технологии переработки сыворотки.
Эффективность мембранных процессов находится в непосредственной зависимости от свойства полупроницаемых мембран и присущих им характеристик.
Задачи совершенствования технологического процесса формования мембран тесно связа-н ы с решен нем вопроса о влиянии структуры мембран на их свойства, что позволяет выявить возможности направленного регулирования свойств мембран путем изменения их структуры.
Для получения ультрафильтрационных мембран, разработанных нами ранее [1], в формовочные растворы ВАЦ*-ацетон вводили этиловый спирт с целью:
• повышения однородности исходного раствора;
• получения более однородной и развитой структуры мембраны;
• получения равномерно распределенной пористости по всей площади мембраны.
Свойства полученных мембран зависят от структуры исследуемых растворов. Поэтому в хо-
Ч.У
де исследовании изучили влияние содержания этилового спирта (варьировали от 5 до 25% объемных) на структуру 5%-х, 7%-х, 10%-х. по массе растворов ВАЦ,
М етодика формова н и я ул ьтрафи л ьтра ци -онных мембран на основе ВАЦ с использованием в качестве растворителя этилового спирта закдю-ч аетс я в с л еду ю ще м:
* приготовление раствора ВАЦ заданной концентрации в ацетоне;
• добавление определенного количества этилового спирта;
♦ формование мембран (методом полива).
Растворы ВАЦ представляют собой структурно-сложные системы, которые содержат мик-роге левые частицы (МГЧ), представляющие собой фрагменты целлюлозы п гемицедлюлоз (ксидана, машша и та.), которые не подвергались ацетили-рованию в процессе тарификации н представляют собой кристаллические микроблоки, объединенные в один агрегат с помощью Н-связей различных уровней энергии. Под действием прото-фильиых веществ такие агрегаты могу г распадаться на более мелкие фрагменты, вплоть до элементарного (-0,02 мкм), при этом раствор становится более однородным. Проблема МГЧ в растворах производных целлюлозы привлекает вин-
мание исследователей в связи с технологическими трудностями при производстве волокон, пленок, мембран, обусловленными их присутствием в растворе (теорем не фильтров, нарушение стабильности фшштровашш, появление разнотолщинностн пленочных материалов).
Структуру полученных растворов изучали с помощью метода спектра мутности [2]. Метод спектра мутности основан на измерении зависимости мутности системы т от длины волны падающего света X в определенном интервале АХ и позволяет определять мутность растворов т, приведенное число МГЧ в единице объема раствора
— и средние эффективные радиусы частиц
с
С увеличением содержания этилового спирта заметно уменьшается мутность растворов, уменьшаются радиусы МГЧ и увеличивается их число в единице объема раствора. Наибольшие размеры имеют МГЧ в 10% -х растворах, которые изменяются от 0,225 мкм до 0,14 мкм при увеличении содержания спирта до 25 При уменьшении концентрации исходного раствора ВАЦ размеры МГЧ соответственно уменьшаются, в 7%-х растворах они составляют -0,19 мкм и уменьшаются при добавлении этилового спирта до 0Л2 мкм и в 5%-х растворах они составляют -0,16 мкм и уменьшаются до 0,09 мкм,
Ультрафильтрацмонные мембраны были получены методом полива. На рис. I представлены фрагменты поверхности мембран, полученных с использованием просвечивающем электронном микроскопии, изготовленных из 7%-ого исходного раствора ВАЦ в ацетоне с различным содержанием этилового спирта.
а
в
Рис. I. Фрагменту пористой структуры уттрафшгь*рационных мембран, полученных из 7% исходного раствора ВАЦ в ацетоне: а - без разбавителя; б, в, г - с добавлением этилового спирта, содержание пшютт си ирга 5%, 10%, 15% (масс.) соотшпчггеенно, при увеличен и и х670. Fig, К Fragments of porous structure of the ultrafiltration mem* braocs prepared from 7 % initial acetone SAC solution: ш is undiluted solution; b. t\ d are solutions wish ethyl alcohol of 5 т Ш. asid 15 mass %t respectively. Image magnification 670.
Рис, I наглядно демонстрирует, что при увеличении содержания этилового спирта число пор в мембране значительно возрастает (увеличение 670),
ицаемость полученных мембран исследовали на лабораторной улырафнльтрацнон-ной ячейке тина ФМОГ-2(Ю. В качестве объекта ультрафнльтрацнн использовали молочную сыворотку, полученную при производстве творога методом кисло гнои коагуляции обезжиренного молока. Исследовали зависимость проницаемости мембран по воде и творожной сыворотке от про» центного содержания этилового спирта и от концентрации исходного раствора, На рис, 2 представлена зависимость проницаемости мембран по воде и творожной еыео^ угкс соответственно.
л/(&с*ч
10
20
с:
25
Рис2, Зшшашоеп> проницаемости мембран or пролет ного шлержшшя пжютю епщгт: а - но ноле: б - но тнорожмои емюрогке: момбрmm, ттучетше нл осноне: I -5%-х раетт> ¡кт: 2 Л%-,ч р^сткорон; 3 - Ï0%~x растнорон ВАЦ в ш¡стопе Fig. Membrane permeability dependence on percentage of ethyl ttkohol Pcmicabiliiy was measured a - on waier* h* on curd whey. Membranes have been obtained on ïhc basas of ! -5, 2-7,
i
0 % SAC acetone solutions, respectively.
Изучение проиицаемости пол уч енных мембран показывает, что наибольшей проницаемостью по воде обладают мембраны, подученные на основе 5%-ного исходного раствора ВАЦ в ацетоне. Проницаемость изменяется в пределах от 694,6 л/(\Гч) (содержание спирта 5%) до 2432,4 л/(м2ч) (содержание спирта 25%}, То же самое можно сказать о проницаемости мембран по творожной сыворотке: для мембран, полученных на основе 5%-ных растворов. ВАЦ - ацетон изменяется or 16,7 до 148.4 л/(м"ч). При увеличении концентрации исходных растворов производительность мембран снижается - 2,6 раз.
В свою очередь, проницаемость мембран зависит от размера пор мембран. Средний размер пор мембраны был определен из уравнения Пуа-зейля:
8 * // ({
где п - вязкость смачивающей жидкости, МПас; - толщина мембраны, мм ; V - объем жидкости, протекающий через мембрану, л; Ш - общая пористость, %; Р - рабочее давление, МПа; А площадь поверхности мембраны, м2; I время, с; г средний радиус пор, м1
На рис. 3 приведена зависимость среднего радиуса пор мембран от процентного содержания этилового спирта.
г, им
РиеЗ. Зависимость среднег о ралиует нор улЕ^рафильграмн-оиных мембран от процентного содержания этилового смир* та: ! - мембраны, полученные т основе 5%-х растворов
ВАЦ п шетомо; 2 - 7%-х расгоорон: 3.....10%-х растворов
Fig. 1 Dependence of average pore radius of uMrafihraion membranes on percentage of ethyl alcohol: I -5%; 2 - 7 % 3 - 10 % SAC solutions, respectively in acetone.
Из графика видно, что этиловый спирт позволяет регулировать структуру мембран и варьировать размером пор в мембранах, В зависимости от концентрации добавленного спирта, средний размер пор изменяется от 5,21нм до 43 им.
С увеличением содержания этилового спирта размер пор возрастает. Наибольший размер пор получается при добавлении спирта 25 объемных %. Увеличение содержания спирта более % нецелесообразно, так как данные мембраны не пригодны для ультрафильтрацни из-за дефектности в структуре мембран.
Таким образом, добавление этилового спирта в формовочные растворы ВАЦ в ацетоне в количестве от 5 до 25 объемных % способствует значительной дезагрегации МГЧ, сопровождающейся увеличением их числа в единице объема. Приводит к увеличению проницаемости ультрафильтрационных мембран, как по воде, так и по молочной сыворотке.
Экспериментальные данные показывают, что оптимальной мембраной для ультрафильтрации творожной сыворотки является мембрана, полученная из 7%-ного раствора ВАЦ в ацетон с содержанием этилового спирта 15% (объемных).
Л И Т Е Р А Т У Р А
1, Седел к« и В,М* и др. // Химические волокит 1998. №4. С 46-4?,
2, (Сгснин В.ИЦ Щеголго СКХ, Лйврушим ВМ. Характеристические функции светорассеяния дисперсны* систем.. Мзд-восарш, ун-та. 1477. С 177,
3, Рвгонин ХА. Основы химии и технологии химических нож жом / Рогонни.* 4-е над., исрсраб. н дон. М: Химия. !974. Т, I, 518с.
4.. Рсомегрня шнцешю сырь« и продуктов: Справочник/ Под [ЮЛ, КХА, Мзчихииа. М: Ацронроми^ш. 1990. 291 с.
Кафедра машин и гшмаргпод нитсвых произюдсти и теплотехники
