Создание научно-технического задела по технологии производства профилированных ионообменных мембран с модифицированной поверхностью

Цель работы – разработать научные основы технологии производства недорогих профилированных ионообменных мембран с модифицированной поверхностью, предназначенных для водоподготовки методом электродиализа и электродеионизации, не уступающих по свойствам лучшим зарубежным аналогам. Адаптировать процесс получения новых мембран к производственным условиям на ОАО ЩекиноАзот. Изготовить экспериментальные образцы новых мембран в количестве 20 кв. м и экспериментальный образец промышленного электродиализатора с новыми мембранами производительностью 1 куб. м в час глубокообессоленной воды.
В процессе работы проведен анализ научной литературы и патентов, относящихся к разрабатываемой теме; осуществлено сопоставление ожидаемых показателей создаваемых в рамках данной НИР мембран с существующими показателями серийно выпускаемых аналогов. Выбраны основные направления исследований. Определены технологические параметры горячего прессования мембран и химического модифицирования их поверхности. Изготовлены и исследованы профилированные, а также профилированные, а затем модифицированные мембраны МА-40. Проведены испытания мембранных пакетов электродиализаторов, содержащих эти мембраны с размерами лабораторного и полупромышленного (2020 см2) масштаба. Разработан набор математических моделей и предложены подходы нахождения аппроксимационных уравнений, обобщающих результаты испытаний электродиализаторов различного масштаба. Полученные экспериментальные данные и разработанные модели использованы для оценки технико-экономического эффекта замены серийно выпускаемых мембран разрабатываемыми мембранами.

Разработан научно-технологический задел для производства профилированных мембран с низкой каталитической активностью фиксированных групп по отношению к реакции диссоциации воды. Лабораторный регламент получения таких мембран адаптирован к производственным условиям ОАО ЩекиноАзот. Изготовлены и исследованы профилированные, а также профилированные, а затем модифицированные мембраны МА-40ПМ на основе серийно выпускаемых мембран МА-40. Проведенная модификация мембран изменяет геометрию их поверхности (на микрометрическом) и природу функциональных групп в тонком поверхностном слое (на наноразмерном) уровнях. Выполнены исследования транспортных характеристик разработанных мембран и испытания мембранных пакетов электродиализаторов, содержащих эти мембраны с размерами лабораторного, полупромышленного (20×20 см2) и промышленного (40×40 см2) масштаба. Проведены испытания лабораторных и промышленных (2 м3/час) электродиализаторов с новыми мембранами. Показано, что по ряду показателей (скорость массопереноса, выход по току) новые мембраны превосходят известные отечественные и зарубежные аналоги. Сделана метрологическая проработка результатов НИР. Разработан набор математических моделей и предложены подходы нахождения аппроксимационных уравнений, обобщающих результаты испытаний электродиализаторов различного масштаба. Полученные экспериментальные данные и разработанные модели использованы для оценки технико-экономического эффекта замены серийно выпускаемых мембран разрабатываемыми мембранами. Показано, что экономический эффект внедрения новых мембран по сравнению с используемой в настоящее время ионообменной технологией составит около 30 руб. за м3 деионизованной воды. Предложены пути дальнейшего совершенствования технологии производства профилированных мембран с модифицированной поверхностью на основе серийно выпускаемых отечественных гетерогенных мембран.