К настоящему времени логика внутреннего прогресса развивавшихся автономно областей наукоемких технологий, оперирующих понятиями с приставкой «нано» (нановолокна, наночастицы нанопоры…), привела к необходимости объединения их под термином «нанотехнологии». Создание нанопористых структур и их использование в качестве мембранных материалов для очистки от загрязнений водных сред, концентрирования целевых продуктов в химической, пищевой промышленности и биотехнологии разделения растворенных веществ, молекулы которых отличаются друг от друга своими размерами или плотностью поверхностного заряда, привело к выделению в самостоятельную область баромембранных процессов нанофильтрации и получения нанофильтрационных полимерных мембран.
Для создания пористой структуры с размерами пор от 1 до 10 нм разработана технология получения ультратонких (от 30 до 200 нм) полимерных пленок методом межфазной поликонденсации, при которой так называемый барьерный, или селективный, слой образуется на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей, в которых предварительно были растворены компоненты будущего полимера. При этом в качестве поддерживающей основы выступают хорошо известные полимерные микропористые материалы типа ультрафильтрационных мембран, на которые наносится водный раствор аминного или гидроксильного компонента, а затем влажная подложка обрабатывается сшивающим агентом, растворенным в несмешивающемся с водой растворителем (например, в гексане или гептане).
В результате реализации в опытном масштабе данной технологии ЗАО НТЦ «Владипор» обладает возможностями по выпуску композитных нанофильтрационных мембран в виде полотна шириной один метр не уступающих, а по ряду показателей (химическая стойкость, стойкость к окислителям) и превосходящих лучшие зарубежные аналоги известных фирм, таких как Dow, Hydranautics, Osmonics (США).
На основе разработанных нанофильтрационных мембран в настоящее время на предприятии выпускаются рулонные элементы пятнадцати типоразмеров, отличающиеся габаритами, эффективной поверхностью мембран, конструкционными особенностями, которые определяются конкретными областями их применения. Так, для лабораторного применения и использования в домашних условиях выпускаются элементы, где фильтрующая поверхность равна 0,3 – 0,4 м2. Для комплектации промышленных установок используются изделия с 32 – 35 м2 активной мембраны.
Поскольку отличительными особенностями нанофильтров являются их способность разделять соли, состоящие из моно- и поливалентных ионов, а также выделять органические вещества с молекулярной массой более 200 дальтон из солевых растворов, к настоящему времени наиболее широкое применение они нашли в процессах получения высококачественной питьевой воды из поверхностных и подземных источников с общим солесодержанием до 2 г/л. В молочной промышленности применение нанофильтрации позволяет в одну стадию получать концентрированный раствор лактозы без балластных солей. В настоящее время наметилась устойчивая тенденция к использованию нанофильтров в качестве первой ступени опреснения морской воды, что позволяет значительно снизить энергозатраты и повысить эффективность и ресурс эксплуатации обратноосмотических установок.
В последние годы сформировалось отдельное, динамично развивающееся направление использования нанофильтрации в органических средах для очистки растворителей и выделения ценных продуктов и полупродуктов, в том числе, гомогенных катализаторов. Имеющиеся в ЗАО НТЦ «Владипор» разработки нанопористых структур на основе регенерированной целлюлозы являются хорошей базой создания отечественных конкурентоспособных технологий в этой сфере.
Авторы: В.Г. Дзюбенко, В.П. Дубяга, А.И. Бон; ЗАО НТЦ «Владипор», Москва
Области применения Нанопористые структуры в виде полупроницаемых мембран для обработки жидких сред
