ИСТИНА

Модель растворения-диффузии (solution-diffusion, SD) – классический подход для описания разделения газов и жидкостей через непористые полимерные мембраны. Важное приложение SD модели представляют баромембранные процессы – обратный осмос [1] и нанофильтрация органических сред [2]. Согласно этой модели компоненты разделяемого раcтвора, к которому приложено повышенное давление, сорбируются в мембране, диффундируют через нее и десорбируются в раствор пермеата, находящийся при атмосферном давлении. SD модель приводит к простому выражению для отношения концентраций задерживаемого компонента в исходном растворе (”feed”) и пермеате [3]. Это уравнение зависит от одного параметра, равного отношению коэффициентов проницаемости растворителя и растворенного вещества. Основное предположение SD модели – независимый перенос растворителя и растворенного вещества через мембрану. Как следствие, приведенное уравнение игнорирует два фактора или аспекта, особенно важных для заметно набухающих мембран: кинетический, связанный с диффузионным взаимовлиянием (сопряжением) потоков и термодинамический, обусловленный межмолекулярным взаимодействием компонентов в мембранной фазе. Первый фактор исследовал Пол [3], применив теорию Максвелла-Стефана. Однако конечное выражение для коэффициента удерживания (“solute rejection”) не было получено. Эта задача была решена недавно нами [4, 5]. Было показано, что учет диффузионного сопряжения является необходимым для корректного моделирования нанофильтрации органических сред. Цель настоящего доклада – выяснить, как оба этих фактора влияют на основные характеристики обратного осмоса/нанофильтрации бинарных растворов неэлектролитов. При решении этой задачи мы использовали модель Максвелла-Стефана для описания диффузии и модель Флори-Хаггинса для описания термодинамики мембранной фазы. Несмотря на то, что подобные попытки предпринимались в литературе и ранее, они (насколько нам известно) не завершались формулировкой обобщенной SD модели. Результаты представленного исследования включают в себя явные выражения для коэффициента распределения и коэффициента удерживания растворенного вещества полимерной мембраной; профили концентраций веществ в мембране; анализ явления обогащения пермеата по целевому компоненту и др. В докладе также обсуждаются перспективы развития теории баромембранных процессов. Литература 1. G.M. Geise, D.R. Paul, B.D. Freeman // Progr. Polym. Sci. 2014. V. 39. P. 1–42. 2. P. Vandezande, L.E.M. Gevers, I.F.J. Vankelecom // Chem. Soc. Rev. 2008. V. 37. P. 365–405. 3. D.R. Paul // J. Membr. Sci. 2004. V. 241. P. 371–386. 4. А.О. Малахов, С.Е. Царьков, А.В. Волков // Мембр. мембр. технол. 2013. Т. 3. С. 151–160. 5. A. Malakhov, A. Volkov // Sep. Sci. Tech. 2015. V. 50. P. 2198–2210.