ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПОЛІСУЛЬФОНАМІДНОЇ МЕМБРАНИ
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2023.4.20Ключові слова:
мембрана УПМ-20, розчин гумату, фільтрація, питома продуктивність, селективність, перміат, каламутність, кольоровість, математична модель.Анотація
В роботі було проведено дослідження властивостей полісульфонамідної мембрани УПМ-20 з метою подальшого очищення забруднених вод від зважених дрібнодисперних частинок та розчинених домішок, що обумовлюють каламутність і кольоровість води. Показано вплив тиску від 1 до 5 атмосфер та тривалості процесу фільтрування від 20 до 100 хвилин на показники питомої продуктивності, селективності та значення каламутності і кольоровості перміату. Встановлено, що для всіх значень тиску притаманна наявність трьох періодів проходження процесу фільтрації модельного розчину гумату натрію: різка зміна, повільне зниження параметрів та без значних змін в показниках перміату. Зростання тиску і збільшення тривалості фільтрування гумату натрію призводить до зниження показника продуктивності від 87 до 2,7 м2/(м3·год)·102. Розраховано показники селективності мембрани за кольоровістю і каламутністю. Показано, що найбільша селективність за кольоровістю знаходиться в межах від 95,2 до 96 % для фільтрування за тиску 5 атмосфер, тривалістю 80–100 хвилин, відповідно для селективності за каламутністю даний показник для фільтрації гумату натрію становить 97,2 % за тиску 5 атмосфер, тривалості процесу 90 хвилин. Було побудовано математичну модель процесу фільтрування модельного розчину – гумату натрію за допомогою мови програмування Python і бібліотеки Matplotlib для побудови математичних залежностей. Встановлено, що очищення гумату натрію на мембрані УПМ-20 відбувається за нелінійною залежністю. Отримано математичні рівняння, що адекватно описують залежності вихідних змінних від обраного технологічного чинника процесу фільтрування. Показано, що ці рівняння мають вигляд полінома третього порядку, це кубічна модель, що може бути використана для опису процесу фільтрування гумату натрію з використанням мембрани УПМ-20 за різного тиску – від 1 до 5 атмосфер.
Посилання
Hoffman C., Silau H., Pinelo M., Woodley J. M., Daugaard A. E. Surface modification of polysulfone membranes applied for a membrane reactor with immobilized alcohol dehydrogenase. Separation and Purification Technology, 2018. Vol. 14. P. 82–89. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.mtcomm.2017.12.019
Barth C. Asymmetric polysulfone and polyethersulfone membranes: effects of thermodynamic conditions during formation on their performance. Membr. Science, 2000. Vol. 169. P. 287–299. URL: https://doi.org/10.1016/S0376-7388(99)00344-0
Gardi I., Mishael Y. G. Designing a regenerable stimuli-responsive grafted polymer-clay sorbent for filtration of water pollutants. Science and Technology of Advanced Materials, 2018. Vol. 19 (1). P. 588–598. URL: https://doi.org/10.1080/14686996.2018.1499381
Medici S., Peana M., Grisponi G., Nourchi V. Silver coordination compounds: A new horizon in medicine. Coordination Chemistry Reviews, 2016. Vol. 327-32. P. 349–359. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.ccr.2016.05.015
Fionah A., McLarney K., Judd A., Escobar I. Effects of the Applied Potential on the Performance of Polysulfone Membranes Functionalized with Sulfonated Polyether Ether Ketone Polymers. Membranes, 2023. Vol. 13(7). P. 1–24. URL: https://doi.org/10.3390/membranes13070675
D. M. Warsinger, S. Chakraborty, E. W. Tow, D. Jassby. A review of polymeric membranes and processes for potable water reuse. Progress in Polymer Science, 2018. Vol. 81. P. 209–234.
Mou P., Jons S. D. Chemistry and fabrication of polymeric nanofiltration membranes. Polymer, 2016. Vol. 103. P. 417–456. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2016.07.085
Templeman K., Casanova S., Benes N. E. The effect of hydrocarbon pollution on polysulfone-based membranes in aqueous separations. Separation and Purification Technology, 2019. Vol. 224. P. 348–355. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.seppur.2019.05.013
Kim I. C., Yun H. G., Lee K. H. Preparation of asymmetric polyacrylonitrile membrane with small pore size by phase inversion and post-treatment process. Journal of Membrane Science, 2002. Vol. 199. P. 75–84.
Tai-Horng Y., Jhi-Hsien H., Wen-Yuan C. Effect of evaporation temperature on the formation of particulate membranes from crystalline polymers by drycast process. Eur. Polym. J., 2002. Vol. 388(1). P. 63–72. URL: http://dx.doi.org/10.1016/S0014-3057(01)00183-5
Feng L., Jun Z., Xiaolin W., Jianfei C., Zhongzi X. Gaofenzi xuebao. Acta. Polym. Sin, 2002. Vol. 5. P. 566–571.
He Y., Uehara S., Takana H., Nishiyama H. Numerical Modelling and Simulation of Chemical Reactions in a Nano-Pulse Discharged Bubble for Water Treatment. Plasma Science and Technology, 2016. Vol.18 (9). P. 924–932. URL: http://dx.doi.org/10.1088/1009-0630/18/9/09
Nadezhdin I., Papasidero D., Goryunov A., Manenti F. Optimisation of EDM process for water purification. Chemical Engineering Transactions, 2016. Vol. 52. P. 325–330. URL: https://doi.org/10.3303/CET1652055
Oleynik O., Airapetian T., Kurganska S. Evaluation of the performance of aerotanks due to add-on attached biocenosis. Science and Transport Progress, 2019. Vol. 4(82). P. 37–46. URL: https://doi.org/10.15802/stp2019/175883
Rezakazemi M., Ghafarinazari A., Shirazian S., Hoshsima A. Numerical Modeling and Optimization of Wastewater Treatment Using Porous Polymeric Membranes. Polymer Engineering and Science, 2013. Vol. 53(6). P. 1272–1278. URL: http://dx.doi.org/10.1002/pen.23375
Viccione G., Evangelista S. Experimental and numerical analysis of the hydraulic performance of filtering cartridges for water treatment. HIC 2018. 13th International Conference on Hydroinformatics. EPiC Series in Engineering. Palermo, Italy, July 1–6, 2018. P. 2187–2195. URL: https://doi.org/10.29007/b26c