–PAGE_BREAK–Придание ФМ функций бактерицидности
Известно, что серебро и медь, будучи нанесены на те или иные материалы, придают последним бактерицидные свойства. С этой целью на образцы ФМ из ПП или ПКА микроволокон наносили из водной дисперсии медь и серебро. Для сравнения использовали также ПП мононить диаметром 0,1 — 0.2мм, полученную из тою же ПП но по традиционной технологии. Характеристики исследованных образцов представлены в табл.10. Все исследования были выполнены на киевском заводе «Квазар». При этом оценивали: содержание серебра или меди в фильтрате (водопроводная питьевая или деионизоваиная вода); содержание микроорганизмов в фильтрате; обрастание ФМ микроорганизмами. Содержание серебра и меди в фильтрате определяли спекральным методом после предварительной промывки ФМ дистиллированной водой в течение 15 минут. Использовался кварцевый спектрограф ИСП- 30. Количество колоний микроорганизмов считали под микроскопом на поверхности дискового мембранного фильтра с диаметром пор 0,2 мкм после пропускания через него определённого объёма фильтрата и выдерживании фильтра в течение 2-х суток при температуре 37˚˚С в питательной среде рыбосептонного агара. Для оценки степени обрастания фильтроматериала микроорганизмами дисковый образец выдерживали в среде водопроводной воды шесть суток, промывали свежей водопроводной водой и определяли содержание микроорганизмов: в первой порции фильтрата; в фильтрате после предварительной промывки в течение 15 минут, на поверхности ФМ после термостатирования при температуре 37°С в течение 5 суток в питательной среде.
Таблица 10 —
Характеристики исследованных образцов
№
образца
Тип образца
Характер предварительной обработки
1
ФМ из ПП микроволокон
без обработки
2
ПП мононить диаметром 0,1 – 0,2 мм
без обработки
3
ФМ из ПП микроволокон
нанесение порошка серебра на поверхность ФМ
4
ФМ из ПП микроволокон
обработка водной суспензией металлического серебра
5
ФМ из ПП микроволокон
нанесение на поверхность ФМ порошка металлической меди
Результаты показали, что медь и серебро из обработанных ими ФМ не выносятся в фильтрат. Это свидетельствует о прочном закреплении этих металлов на ПП микроволокнах. Образцы ФМ из ПП микроволокон не обрастают микроорганизмами даже при увеличении количества колоний в фильтруемой среде (табл.10, 11). Таким образом, еще раз был подтвержден факт о том, что на созданных тонковолокнистых ПП материалах не размножаются
Таблица 11 —
Данные по обрастанию образцов ФМ микроорганизмами
Содержание колоний на поверхности ФМ
Номер образца
1
2
3
4
5
Контрольный образец
0
0
0
0
0
ФМ после выдерживания
6 суток
0
Сплошное обрастание
0
0
0
бактерии. Значит, такие ФМ могут быть рекомендованы для очистки питьевой воды в течение длительного времени без стерилизующей обработки.
Получение ФМ из смесей с полиоксиметиленом
Из ранее выполненных исследований стало известно, что полиоксиметилен (ПОМ) — полимер мономерного формальдегида — способен отщеплять во влажных средах очень незначительное количество формальдегида, являющегося антисептиком. В результате изделие из ПОМ обладают бактерицидными свойствами. Поэтому представляло научный и практический интерес исследование влияния добавок ПОМ на свойства ФМ из полипропиленовых микроволокон. Добавки ПОМ в количестве 5. 10, 20, 30 % мас. вводили на стадии смешения полимеров. Из трёхкомпонентной смеси получали ФМ, в котором ПОМ находился в виде микроволокон, что обеспечивало развитую поверхность.
Результаты микроскопических исследований показали, что добавка 5-10% мас. ПОМ существенно улучшает волокноообразование ПП в матрице сополиамила и позволяет увеличить содержание полипропилена в смеси до 40 % мас. Дня сопоставления формовали мононить из исходного ПОМ по традицонной технологии. Количество выделившегося формальдегида при прогреве ФМ и мононити оценивали методом инфракрасной спектроскопии. Результаты показали, что ФМ, сформованный из трёхкомпонентной смеси и содержащий всего 5% мас. ПОМ, выделяет такое же количество формальдегида как и нить из 100%-ного полиоксиметилена. Это объясняется именно тем, что ПОМ в виде микроволокон имеет очень развитую поверхность. Последние усиливает процессы деструкции с выделением формальдегида. Отсюда открывается новый путь придания фильтрующим материалам из ПП микроволокон 6актерицидных свойств, и, что очень важно, для этого достаточно вводить в смесь небольшое количество добавки ПОМ.
Мы привели результаты лабораторных исследований ФМ. Для того, чтобы эти исследования реализовать в промышленном масштабе необходимо ответить на еще многие нерешенные проблемы. Какая должна быть конструкция фильтра? Количество и толщина слоев ФМ? Скорость фильтрации? Прочность ФМ и давление сопротивления фильтрации? Какие условия для проведения регенерации? Это далеко не полный список вопросов, которые мы ответим в следующей статье по результатам наших научных исследований уже непосредственно в производственных условиях.
Мембраны
Крупнейшее предприятие России в области мембран и мембранных технологий разделения жидких и газообразных примесей является ЗАО НТЦ «Владипор» г. Владимир – дочернее предприятие ОАО «Полимерсинтез». ОАО « Полимерсинтез» (до 1992 г. НПО «Полимерсинтез») занимающихся разработкой и изготовления мембран более 35 лет, координировал все научно – исследовательские и опытные работы, проводившиеся в стране в области полимерных мембран и мембранных процессов. В настоящее время ЗАО НТЦ «Владипор» имеет исследовательскую часть в составе четырех научных лабораторий и цех опытно – промышленных и опытных установок для проведения опытных работ и выпуска мембранной продукции на основе собственных научно – технических разработок. ЗАО НТЦ «Владипор» является собственником лабораторного корпуса площадью 7464м2 и цеха площадью 5594 м2, что говорит о его большом производственном потенциале.
Аналогичную продукцию выпускает в г. Владимире НПП «Технофильтр», основанный в 1991г, а также ВНИИПБТ, ГОС НИИ ЭЧиГОС им. А.Н. Сысина, ГОС НИИ «Медполимер» (г. Москва) и многие другие.
Данные предприятия изготовляют следующие типы мембран и элементов:
полимерные мембраны (обратноосмотические, нанофильтрационные, ультра фильтрационные, микро фильтрационные, газоразделительные, первапорационные) на основе полиамидов, фторопласта, ацетатов целюлозы и др. полимеров;
рулонные, трубчатые и патронные фильтрующие элементы различной длины (от 250 до 2000 мм) и различного диаметра на основе вышеуказанных мембран.
По форме мембранная продукция изготовляется в виде:
дисковых мембран (серии МФАС–Б; МФАС–М; МФАС-П; МФАС- МПА; МФФК; МФФК–Г; МФФК; МФФК–Г; ММК; КФБЖ и др. см. рис.2 )
рулонных элементах (серии ЭРУ; ЭРН; ЭРО); (см. рис. 3 )
трубчатых мембранных модулей (тип БТУ и БТМ, рис. 4) ;
патронные элементы (марок ЭПМ.Ф; ЗПМ.К; ЭПМ.ФГ; ЭПМ.ПС; ЭПМ.Л; ЭПМ.К+; ЭПМ.АЦ; ЭПВ.СЦ; ЭПВг.П; ЭПНС; ЭПНС.П; ЭПСФ, см. рис.5 )
капсульные фильтры (марок КФМ.К; КФМ.Ф; КФМ.ФГ; КФМ.ПС, см. рис. 6 ) Производство их возрастает, и ассортимент также не стоит на месте.
По данным производителя мембран, применительно к воде, область их использования в следующих позициях:
умягчение воды и очистка поверхностных вод от низкомолекулярных веществ;
концентрирование и очистка солевых растворов;
получение апирогенной воды;
обеззараживающая фильтрация воды;
контроль качества воды.
Микрофильтрационная фторопластовая композиционная гидрофобная мембрана марки МФФК представляет собой пористый пленочный материал (см. рис. 7) на основе фторопласта Ф42Л (сополимер тетрафторэтилена и винилденфторида) армированный различными нетканными материалами
Стекло волоконный картон марки КФБЖ (см. рис. 8) используется для предварительной фильтрации биологических жидкостей с высоким уровнем отделения частиц. Картон толщиной 0,7 мм непосредственно устанавливается на мембранный фильтр. Состоит из микро волокон стекла (70%) и целлюлозы (30%). Выпускается в виде плоских дискоРис. 8. Увеличенная структура стекловолокнистого картона марки КФБЖ
Мембранные технологии позволили создать оборудования для промышленной очистки воды. Одна из таких стандартных установок типа УПФ (Установки Полирующей Фильтрации). Техническая характеристика установки:
Номинальная производительность – 6 м3/ч.
Количество фильтроэлеменов 8 шт.
Мощность двигателя насоса – 1,5 кВт.
Габариты – 2100х1250х1600 (мм).
Масса -150 кг
Если два раствора с различной концентрацией разделить пористой перегородкой, то растворитель и растворенное вещество будут переходить через нее до тех пор, пока концентрации по обе стороны не выравняются. Существуют перегородки, обладающие избирательной пропускной способностью, т.е. пропускают одни вещества и задерживают другие. Такие перегородки, назовем мембранами, называют полупроницаемые. Прохождение растворителя через полупроницаемую перегородку называется осмосом. Разница в концентрации между двумя растворами обуславливает осмотическое давление. Осмотическое давление измеряется со стороны раствора, т.е. гидростатическим давлением в момент равновесия системы (см. табл..12). Повышение давления со стороны раствора сверх осмотического приводит к переносу растворителя в обратном направлении. Такой процесс получил название обратного осмоса и был впервые предложен Рейдом в 1953 г. для опреснения соленой воды. Однако широкие исследования этого метода начались только в 60-х годах после того, как были разработаны эффективные полупроницаемые мембраны.
Таблица 12 –
Осмотическое давление водных растворов распространенных солей, кгс/см2
Соль
Концентрация, моль/л
0.1
0.2
0.4
0.6
1
2
NaCl
KCl
CaCl2
MgCl2
Na2SO4
K2SO4
MgSO4
4,6
4,6
6,4
6,4
5,9
5,8
3,0
9,2
9,1
12,9
13,1
11,2
11,2
5,6
18,2
17,9
26,6
27,4
21,0
21,0
10,5
27,5
26,7
42,0
43,7
30,3
30,4
15,4
46,5
44,6
77,8
82,9
48,0
—
26,1
98,1
90,9
205,1
229,2
93,9
—
67,5
Эффективность обратноосмотических мембран, в основном, характеризуется производительностью Q и селективностью φ.
,
где V — объем опресненной воды, f — рабочая поверхность мембран, t — время опреснения.
,
где Сисх – концентрация исходной воды, Сопр – концентрация опресненной воды.
Высокими рабочими характеристиками обладают мембраны, изготовленные из ацетилцеллюлозы, ацетона и раствора перхлората магния. Эти мембраны позволяют опреснять воду от 5,25 до 0,05% NaCl при производительности 200 — 500 л/м2 сутки и рабочем давлении 100 — 150 кгс/см2.
Во ВНИИ синтетических смол разработана методика получения мембран из ацетилцеллюлозы, растворенной в уксусной кислоте. Эти мембраны толщиной 0,1- 0,25 мм имеют анизотропную структуру. Поверхностный «активный» слой с тонкими порами, выполняющий селективные функции, составляет примерно 0,2% всей мембраны» нижний крупнопористый обеспечивает ее прочность.
После изготовления ацетилцеллюлозные мембраны должны находиться во влажном состоянии. Для защиты мембран от воздействия бактерий рекомендуется хранить их в 0,5%-ном растворе формальдегида или в растворе медного купороса с концентрацией 800 мг/л при рН 4 — 6. Срок работы мембран зависит от наличия в очищаемых стоках микроорганизмов, вида органических растворителей, величины рН, температуры воды, а также от рабочего давления в аппаратах и при оптимальных условиях составляет один — два года.
В табл. 13 представлены характеристики ацетилцеллюлозных мембран марок МГА (опресняющих) и УАМ (ультрафильтрационных), разработанных во ВНИИ синтетических смол..
Таблица 13 Характеристики ацетилцелюлозных мембран
продолжение
–PAGE_BREAK–