МЕТОД АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОРФОЛОГИИ СЕЛЕКТИВНО-ПРОНИЦАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАН ОПМН-П И ОФАМ-К

Представлены результаты исследований, на основании которых разработан метод автоматизированного определения микроструктурных неоднородностей полимерных пористых нанофильтрационных мембран ОПМН-П и ОФАМ-К. Предлагаемый метод позволяет идентифицировать поверхностные неоднородности селективно-проницаемых мембран и их коэффициент засоренности. Полученные данные дают возможность в условиях заводских лабораторий прогнозировать и определять срок эффективной работы нанофильтрационных пористых перегородок типа ОПМН-П и ОФАМ-К, оснащенных рулонными элементами баромембранных и электробаромембранных установок концентрирования, очистки технологических растворов и стоков гальванических, химических и пищевых производств. С помощью предлагаемого метода, применимость которого подтверждена результатами использования разработанного программного комплекса, можно автоматизированно рассчитывать среднюю величину диаметра засорения полупроницаемых мембран и коэффициент засоренности пористых тел. Методика расчета базируется на программном обеспечении Matlab 2017. Практическая реализация метода представлена на примере процесса нанофильтрации с применением полупроницаемых мембран типа ОФАМ-К и ОПМН-П.

1. Sazanova T. S., Vorotyntseva I. V., Kulikova V. B., Davletbaevaa I. M. An atomic force microscopy study of hybrid polymeric membranes: surface topographical analysis and estimation of pore size distribution / Petroleum Chem. 2016. Vol. 56. N 5. P. 427 – 435.

2. Hiesgen R., Helmly S., Galm I., Morawietz T., Handl M., Friedrich K. Microscopic analysis of current and mechanical properties of nafion studied by atomic force microscopy / Membranes. 2012. Vol. 2. N 4. P. 783 – 803.

3. Киселев Д. А., Силибин М. В., Солнышкин А. В., Сыса А. В., Бдикин И. К. Диэлектрические и пьезоэлектрические свойства композита сополимера поли(винилиденфторид-трифтоэтилена) с углеродными нанотрубками / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 2. С. 34 – 37.

4. Васильева В. И., Заболоцкий В. И., Зайченко Н. А., Гречкина М. В., Ботова Т. С., Агапов Б. Л. Микроскопический анализ морфологии поверхности ионообменных мембран / Вестник Воронежского государственного университета. 2007. № 2. С. 7 – 16.

5. Vasileva V. I., Kranina N. A., Malykhin M. D., Akberova E. M., Zhiltsova A. V. The surface inhomogeneity of ion-exchange membranes by SEM and AFM data / J. Surface Invest. X-ray Synchrotron Neutron Techn. 2013. Vol. 7. N 1. P. 144 – 153.

6. Fang Y., Duranceau S. Article study of the effect of nanoparticles and surface morphology on reverse osmosis and nanofiltration membrane productivity / Membranes. 2013. Vol. 3. P. 196 – 225.

7. Kumar S., Nandi B., Guria C., Mandal A. Oil removal from produced water by ultrafiltration using polysulfone membrane / Braz. J. Chem. Eng. 2017. Vol. 34. N 2. P. 583 – 596.

8. Karagьndьz A., Dizge N. Investigation of membrane biofouling in cross-flow ultrafiltration of biological suspension / J. Membra. Sci. Technol. 2013. Vol. 3. N 1. P. 1 – 5.

9. Agboola O., Maree J., Mbaya R. Characterization and performance of nanofiltration membranes / Environmental chemistry letters. 2014. Vol. 12. N 2. P. 241 – 255.

10. Venkata Z., Murthy P., Choudhary A. Separation and estimation of nanofiltration membrane transport parameters for cerium and neodymium / Rare metals. 2012. Vol. 31. N 5. P. 500 – 506.

11. Sanaei P., Cummings L. Flow and fouling in membrane filters: effects of membrane morphology / J. Fluid Mech. 2017. Vol. 818. N 10. P. 744 – 771.

12. Ситникова В. Е. Спектроскопическое изучение структуры полимерных дисперсных систем: автореф. дис. ... канд. хим. наук. — Тверь, 2015. — 24 с.

13. Калинин В. В., Филиппов А. Н., Ханукаева Д. Ю. Исследование морфологии мембран методами атомно-силовой микроскопии при математическом моделировании диффузионных процессов / Труды РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина. Автоматизация, моделирование и энергообеспечение. 2012. № 1(266). С. 129 – 136.

14. Котов В. В., Гречкина М. В., Перегончая О. В., Зяблов А. Н. Состояние поверхности анионообменных мембран МА-40 и МА-41, сорбировавших пектин / Сорбционные и хроматографические процессы. 2016. Т. 16. № 1. С. 118 – 122.

15. Зайченко Н. А., Васильева В. И., Григорчук О. В., Зяблов А. Н., Гречкина М. В. Оценка поверхностной пористости катионоообменных мембран методом атомно-силовой микроскопии / Сорбционные и хроматографические процессы. 2010. Т. 10. № 5. С. 745 – 749.

16. Powell L., Hilal N., Wright C. Atomic force microscopy study of the biofouling and mechanical properties of virgin and industrially fouled reverse osmosis membranes / Desalination. 2017. Vol. 404. P. 313 – 321.

17. Johnson D., Hilal N. Characterisation and quantification of membrane surface properties using atomic force microscopy: а comprehensive review / Desalination. 2015. Vol. 356. P. 149 – 164.

18. Elhadidy A., Peldszus S., Van Dyke M. Development of a pore construction data analysis technique for investigating pore size distribution of ultrafiltration membranes by atomic force microscopy / J. Membrane Sci. 2013. Vol. 429. P. 373 – 383.

19. Stawikowska J., Livingston A. Assessment of atomic force microscopy for characterisation of nanofiltration membranes / J. Membrane Sci. 2013. Vol. 425 – 426. P. 58 – 70.

20. Чернякова К. В., Врублевский И. А., Аль-Камали М. Ф. С. Х. Цифровая обработка и анализ 2D изображений пленок нанотрубчатого оксида титана с использованием ImageJ / Телекоммуникации: сети и технологии, алгебраическое кодирование и безопасность данных: материалы международного научно-технического семинара. — Минск: БГУИР, 2015. С. 86 – 90.

21. Копачев Е. С., Ноздрачев С. А., Петрушин В. Н., Рудяк Ю. В., Рытиков Г. О., Назаров В. Г. Комплексный метод характеризации изображений поверхностей полимерных композиционных материалов / Физическая мезомеханика. 2015. Т. 18. № 6. С. 98 – 110.

22. Jurjo D., Magluta C., Roitman N., Gonзalves P. Analysis of the structural behavior of a membrane using digital image processing / Mechanical Systems and Signal Processing. 2015. Vol. 54 – 55. P. 394 – 404.

23. http://www.modificator.ru/ad/nexsys.html (дата обращения: 04.05.2018).

24. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012610185. Оценка площади ионопроводящих участков поверхности гетерогенных ионообменных мембран / Сирота Е. А., Кранина Н. А., Васильева В. И.; правообладатель ВГУ; зарегистрировано в ФИПС 10.01.2012. Бюл. № 1.

25. Сирота Е. А., Кранина Н. А., Васильева В. И. Малыхин М. Д., Селеменев В. Ф. Разработка и экспериментальная апробация программного комплекса для определения доли ионопроводящей поверхности мембран по данным растровой электронной микроскопии / Вестник ВГУ. 2011. № 2. С. 53 – 59.

26. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018611402. Расчет параметров морфологии поверхности нанофильтрационных мембран / Лазарев С. И., Рыжкин В. Ю., Ковалева О. А., Головин Ю. М., Холодилин В. Н.; правообладатель ТГТУ; зарегистрировано в ФИПС 01.02.2018. Бюл. № 2.

27. Мембраны, фильтрующие элементы, мембранные технологии. Каталог. — Владимир: НТЦ «Владипор», 2004. — 22 с.

28. Бонн А. И., Дзюбенко В. Г., Шишова И. И. О некоторых процессах создания асимметричных и композитных обратноосмотических мембран / Высокомолекулярные соединения. 1993. Т. 35. № 7. С. 922 – 932.

29. Васильева В. И., Акберова Э. М., Жильцова А. В., Черных Е. И., Сирота Е. А., Агапов Б. Л. РЭМ-диагностика поверхности гетерогенных ионообменных мембран МК-40 и МА-40 в набухшем состоянии после температурного воздействия / Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2013. № 9. С. 27 – 34.

30. Kovaleva O. A., Kovalev S. V. Separation of molasses distillery slop on UFM-50, UPM-50M, OPMN-P, and OFAM-K porous membranes / Petroleum Chemistry. 2017. Vol. 57. N 6. P. 542 – 551.