Методологический подход в исследованиях структурных, электрохимических и транспортных характеристик электробаромембранной очистки промышленных растворов

Chemical Technology ф DOI:                   Оригинальная статья/Research article

Современные химические, гальванические и производства минеральных удобрений сопровождаются большим объемом технологических растворов и сточных вод, которые необходимо перерабатывать и утилизировать. В настоящее время в Российской Федерации только по производству гальванопокрытий существует около 1000 цехов. В Российском Федеральном классификаторе 444 вида токсичных отходов 1–2 классов опасности, в том числе 95 неорганических, 217 органических (растворители, полимеры, нефтепродукты), а также смешанных (органических и неорганических) отходов. С каждым годом требования контрольных органов РФ к очистке, разделению и утилизации технологических растворов и сточных вод для вышеперечисленных производств ужесточаются по предельно допустимым концентрациям, особенно по концентрациям тяжелых металлов.

Подлежащие очистке технологические растворы и сточные воды химических, гальванических и производств минеральных удобрений необходимо утилизировать по безотходной или малоотходной технологии, предпочтительно с возвратом компонентов раствора в процесс производства. Это приведет к ресурсо- и энергосбережению и позволит снизить экологическую нагрузку на водоемы Российской Федерации в целях сохранения флоры и фауны.

Для очистки, разделения и утилизации технологических растворов и сточных вод требуется применение современных методов, обладающих малой энерго- и металлоемкостью и экологичностью, то есть способностью метода разделения возвращать ценные компоненты раствора в процесс производства. К таким методам разделения относятся современные методы мембранной технологии, очистки и концентрирования технологических растворов и дифференцированного извлечения ионов из них, где затраты энергии сведены к минимальным, используемым только на разрыв межмолекулярных связей. Для эффективного применения методов мембранной технологии требуется проведение теоретических и экспериментальных исследований по разработке методологии и методик исследования, изучению электрохимических и структурных характеристик полупроницаемых мембран, кинетики процесса, математическому моделированию, а также по созданию современного конструктивнотехнологического оформления процессов с использованием мембранной техники.

На предприятиях химических, гальванических и производств минеральных удобрений Центрального Черноземья остро стоит задача по разработке и внедрению технологий с применением мембран по очистке и концентрированию промышленных растворов и сточных вод, которая в настоящее время является востребованной и актуальной, так как существует целенаправленная программа по модернизации устаревающего очистного оборудования. Поэтому фундаментом исследования настоящей работы является развитие научных и технологических основ электромембранных методов очистки и концентрирования промышленных растворов в производствах минеральных удобрений, биотоплива и гальванопокрытий.

Большой вклад в развитие теоретических основ по электромембранной технологии внесли отечественные и зарубежные ученые, такие как: Н.А. Платэ, Ю.И. Дытнерский, М. Мулдер, С.Т. Хванг, К. Каммермейер, В.А. Шапошник, В.И. Заболоцкий, В.И. Васильева, А.Г. Первов, К.К. Полянский, В.В. Котов, И.Т. Кретов, В.М. Се-делкин, С.В. Шахов, С.А. Титов, А.В. Клинов, А.Ф. Дресвянников и др.

Цель работы – разработка методологии проведения научного исследования, представленной в виде многоуровневой взаимосвязанной структурно-иерархической схемы, основными этапами которой являются методики исследования электрохимических, структурных, транспортных (кинетических) характеристик, математическое моделирование, методики оптимизации и инженерного расчета, разработка аппаратурнотехнологического оформления и практическое применение в очистке промышленных растворов, экономическая оценка эффективности.

Материалы и методы

Достоверность и надежность научных работ невозможно обеспечить без разработки методологии исследований и расчета электро-мембранных процессов очистки и концентрирования промышленных растворов в производствах минеральных удобрений, биотоплива и гальванопокрытий.

Поставленные цель и задачи исследования, а также подбор, анализ и интерпретация данных основаны на подходах, принципах и методах корректно разработанной методологии, позволяющей снизить или исключить возможные неточности и отклонения данных. Методология для исследователя является обоснованным и структурированным рамочным инструментарием, позволяющим обеспечить высокую достоверность и надежность точности полученных результатов.

На рисунке 1 представлена разработанная систематизированная схема методологии исследования, определяющая структуру, содержание и взаимосвязь каждого этапа исследования. На каждом этапе методологии осуществляется определенный вклад в общий контекст исследования, который имеет свои цели и задачи. Четко структурированная методология позволяет обеспечить полноту и поэтапность исследования с подобранными методами и инструментами, а также получить достоверные результаты и сформулировать выводы в соответствии с целью и задачами исследования.

Исходя из вышеизложенного, разработанная систематизированная методология исследования – это важнейший инструмент для достижения поставленных цели и задач, обеспечивающий на высоком уровне качество, надежность и достоверность исследования.

Рисунок 1. Методология исследования и расчета электромембранных процессов очистки и концентрирования промышленных растворов в производствах минеральных удобрений, биотоплива и гальванопокрытий

Figure 1. Methodology for research and calculation of electromembrane processes for purification and concentration of industrial solutions in the production of mineral fertilizers, biofuels and electroplating

I этап .

На первом этапе проводится литературноаналитический обзор по тематике исследования, формулировка научной проблемы, выбор объектов и разработка методик исследования. Начальной и основной частью этапа является обобщенный критический анализ научных работ (публикации, научные статьи, годовые отчеты и т. п.), позволяющий ознакомиться, изучить, проанализировать и сформулировать проблему исследования в данной области научных интересов.

На основании литературно-аналитического обзора также производится выбор объектов исследования, являющийся важным аспектом первого этапа. В качестве объектов исследования могут быть подобраны модельные (содержащие в своем составе определенные компоненты) и промышленные (многокомпонентные) растворы, типы мембран, связанные с поставленной целью работы и подвергнующиеся детальному изучению.

Подбор и разработка методик исследования также являются неотъемлемой частью первого этапа, включающей в себя методы исследования и расчета электрохимических хактеристик, структурных характеристик мембран, кинетических характеристик в мембранных системах, а также методы моделирования и расчета конструктивных, прочностных и технологических параметров электромембранных аппаратов.

Общая валидность и надежность исследования, корректный подбор исследуемых объектов, экспериментальных методов и разработка методик позволяют на первом этапе заложить прочный фундамент для дальнейших этапов методологии исследования с достижением высокой точности научных результатов и достоверности полученных данных.

II этап .

На втором этапе проводится выбор методов исследования и расчета электрохимических характеристик мембран, такие как вольт-амперные характеристики (ВАХ), электродифузионная проницаемость, определение омического сопротивления и чисел переноса мембран.

Вольтамперные характеристики позволяют определить зависимость плотности тока от напряжения при исследовании электрохимических характеристик мембран. Проанализировав их, можно определить диапазон напряжения, при котором будут достигнуты наилучшие показатели элекромембранного процесса разделения. На основании ВАХ рассчитываются омическое сопротивление и электропроводность мембранной системы, которые также являются основными электрохимическими характеристиками мембран.

Методы исследования электродифузионной проницаемости и расчет чисел переноса позволяют определить миграцию компонентов через мембрану, влияющую непосредственно на качество и эффективность электромембранного процесса. Второй этап позволяет оценить электрические свойства мембран, а также их потенциал для дальнейшего использования в электромембран-ных процессах, являясь неотъемлемой частью дальнейшей детальной проработки.

• III    этап.

Третий этап посвящен методам исследования структурных характеристик мембран, таких как аморфность и кристаличность, а также расчету поверхностных характеристик мембран. Для достижения поставленной цели исследования структурных характеристик мембран использованы методы ИК-спектроскопии (позволяет определить перестройку молекул активного слоя мембран), ДСК (позволяет определить фазовые переходы в мембране и их термодинамические характеристики) и термогравиметрии (позволяет измерить изменение массы мембраны в зависимости от температуры и определить термостабильность и термоокислительную стабильность материала), рентгеноструктурного анализа (позволяет определить структуру мембраны и выявить наличие дефектов в кристаллической решетке), оптической и электронной микроскопии (позволяют определить изменения в активном слое, а также подложке мембран при действии движущей силы электромембран-ного процесса), расчет концентрационной поляризации.

Всесторонний подход к исследованию структуры мембран позволяет определить важнейшие параметры и свойства материала активного слоя, которые напрямую влияют на дальнейшие исследования кинетических характеристик, а также моделирование и модернизацию технологий, повышающих производительность элек-тромембранного процесса.

Третий этап является экваторным, но также немаловажным для последующих этапов экспериментальных исследований.

• IV    этап.

Четвертый этап посвящен методам исследования кинетических характеристик мембранных систем, таких как электронанофильтрация, электроультрафильтрация, микрофильтрация, фильтрация. На этом этапе проводятся подробные исследования по определению удельного выходного потока и коэффициента задержания в процессе электромембранного разделения.

Полученные на предыдущих этапах результаты используются для изучения кинетических характеристик мембран и также являются фундаментом для последующего этапа. Удельный выходной поток позволяет оценить производительность мембраны, а коэффициент задержания – качество процесса разделения и концентрирования растворов.

Результаты второго, третьего и четвертого этапов важны для последующих методов моделирования и математического расчета заключительного этапа методологии.

• V    этап.

Пятый этап основан на методах моделирования и математического расчета конструктивных, прочностных и технологических характеристик электромембранных аппаратов. Моделирование проводится на основе поэтапного решения математической модели электронанофильтра-ционного разделения путем аналитического решения уравнений конвективной диффузии, уравнения Навье–Стокса и уравнения неразрывности потока с применением полярной системы координат при начальных и граничных условиях. Полученные результаты работы по моделированию процесса электронанофильтрации могут быть использованы специалистами в области мембранных технологий при разработке и проектировании мембранных установок и технологических схем очистки сточных вод.

При практическом применении математическая модель предоставляет возможность перейти к инженерной методике расчета аппаратов, включающей в себя методы расчета конструктивных и прочностных характерситик аппаратов различных конструкций.

Также пятый этап включает метод оптимизации и прогнозирования удельного выходного потока с ограничениями по току, электроосмотической проницаемости, коэффициенту задержания, выходу по току при постоянном трансмембранном давлении. На основании аналитических и эмпирических исследований получены инженерные формулы, позволяющие в широком диапазоне изменений плотности электрического тока, электрической проницаемости, трансмембранного давления и коэффициентов задержания определить удельный выходной поток для элек-тромембранных аппаратов и выбрать методы расчета их технологическх параметров.

Корректно полученные экспериментальные данные из предыдущих этапов позволяют адекватно смоделировать мембранный процесс и провести оптимизацию и прогнозирование удельного выходного потока, а также модернизировать конструкции мембранных аппаратов, используемых для очистки растворов.

На основании разработанных конструкций аппаратов и ранее проведенных исследований модернизируются технологические схемы очистки с применением высокоэффективных электро-мембранных и мембранных методов, в результате чего получена экономическая эффективность, являющаяся логическим завершением как пятого этапа методологии, так и всего научного исследования с предоставлением новых научных и технологических основ электромембранных процессов очистки и концентрирования промышленных растворов в производствах минеральных удобрений, биотоплива и гальванопокрытий.

В процессе производства минеральных удобрений образуются технологические растворы и сточные воды, которые содержат в своем составе ценные компоненты, например при производстве нитрата аммония побочным продуктом является конденсат сокового пара, содержащий ионы NН 4 + и NО 3 –, представляющие большой интерес в целях обеспечения возврата в основной производственный цикл и экономии материальных ресурсов.

В качестве объектов экспериментальных исследований были приняты водные растворы хлорида аммония, сульфата калия, нитрата аммония, нитрата аммония и сульфата калия, сульфата цинка, характеристики и показатели которых представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Основные характеристики и показатели исследуемых водных растворов

Table 1.

Main characteristics and indicators of the studied aqueous solutions

Раствор Solution	Цвет Color	рН	c , кг/м3 c , kg/m3
водный раствор хлорида аммония (NН 4 Cl) aqueous solution of ammonium chloride (NН 4 Cl)	прозрачный transparent	8,0	0,5
			1,0
			2,0
водный раствор сульфата калия (К 2 SО 4 ) aqueous solution of potassium sulfate (К 2 SО 4 )		8,0	0,2
			0,5
			0,8
водный раствор нитрата аммония (NН 4 NО 3 ) aqueous solution of ammonium nitrate (NН 4 NО 3 )		7,0	0,2
			0,4
			0,8
водный раствор нитрата аммония и сульфата калия (NН 4 NО 3 /К 2 SО 4 ) an aqueous solution of ammonium nitrate and potassium sulfate (NН 4 NО 3 /К 2 SО 4 )		7,0	0,2/0,04
			0,4/0,04
			0,8/0,04
водный раствор сульфата цинка (ZnSО 4 ) aqueous solution of zinc sulfate (ZnSО 4 )		6,0	0,4

После выполнения электрохимических операций нанесения защитных покрытий (цинкование, хромирование и др.) и проведения последующих процессов обработки отработанных электролитов, образуемые технологические растворы и сточные воды содержат несколько важных для исследования и производства катионов и анионов (NН4+, Fеобщ, Zn2+, РО43–, SО42–, Ni2+ и др.).

Еще одним объектом экспериментальных исследований стала смесь метилового эфира растительного масла (Э-фаза) и воды, образующаяся в процессе производства биотоплива, таблица 2.

В качестве объекта экспериментального      им. С.И. Лившица, г. Тамбов), характеристики исследования также выбран технологический      и показатели которого приведены в таблице 3.

раствор гальванического производства (АО «ТАГАТ»

Таблица 2.

Основные характеристики и показатели исследуемой смеси метилового эфира растительного масла (Э-фаза) и воды

Table 2.

Main characteristics and indicators of the studied mixture of vegetable oil methyl ester (E-phase) and water

Раствор Solution	Цвет Color	рН	Отношение, % Attitude, %
Смесь метилового эфира растительного масла (Э-фаза) и воды A mixture of vegetable oil methyl ester (E-phase) and water	Светло-молочно-коричневый Light milky brown	9,5	50:50 52:48

Таблица 3.

Основные характеристики и показатели технологического раствора АО «ТАГАТ» им. С.И. Лившица, г. Тамбов

Table 3.

Main characteristics and indicators of the technological solution of JSC "TAGAT" named after S.I. Livshits, Tambov

Раствор Solution	Цвет Color	рН	Ион Ion	Концентрация, мг/дм3 Concentration, mg/dm3
Промышленный раствор АО «ТАГАТ» им. С.И. Лившица, г. Тамбов Industrial solution JSC "TAGAT" named after S.I. Livshits, Tambov	Прозрачно-молочный Transparent milky	8,5	NН 4 +	1,358
			Fе общ	0,068
			Zn2+	0,340
			РО 4 3–	0,580
			SО 4 2–	50,900
			Тяжелые металлы (Ni2+, Сu2+, Сr6+, Сr3+) Heavy metals (Ni2+, Сu2+, Сr6+, Сr3+)	0,022

Наибольший интерес в промышленном растворе АО «ТАГАТ» им. С.И. Лившица представляют исследования ионов NН 4 ⁺, Zn²⁺, РО 4 ^3–, SО 4 ^2– и др., так как эти компоненты являются малоисследованными, особенно при переносе их через нанофильтрационные полупроницаемые мембраны. Другие ионы (Fе общ , Ni²⁺, Сu²⁺, Сr⁶⁺, Сr³⁺ и др.), встречающиеся в технологических растворах и сточных водах гальванических производств, достаточно подробно исследованы в работах [1–4].

Характеристики нанофильтрационных мембран [5]

Table 4.

Characteristics of nanofiltration membranes [5]

Тип мембраны Membrane type	Рабочие характеристики мембран Performance characteristics of membranes
	Рабочее давление, МПа Working pressure, МРа	Минимальная производительность по воде, при Т = 298 К, м3/(м2·с) Minimum water capacity at T = 298 K, m3/(m2 s)	Коэффициент задержания по 0,15 % NaCl, не менее Retention coefficient for 0,15 % NaCl, not less than	Максимальная температура, К Maximum temperature, K	Рабочий диапазон рН Operating рН range
АМН-П | AMN-P	1,6	1,66·10-5	–	318	3…8
ОФАМ-К | OFAM-K	3,0	2,22·10-5	0,95	323	2…12
ОПМН-П | OPMN-P	1,6	2,77·10-5	0,55

Нанофильтрационная мембрана типа АМН-П представляет собой пористую полимерную пленку на основе эфиров целлюлозы [5].

Обратноосмотическая композитная мембрана среднего давления типа ОФАМ-К состоит из активного слоя, являющегося продуктом поликонденсации ароматического диамина (м-фе-нилендиамина) и производных ароматических дикарбоновых кислот (изофталевой кислоты),

Другими объектами экспериментальных исследований являлись пористые полимерные промышленные нанофильтрационные (таблица 4), ультрафильтрационные (таблица 5) и микрофильтрационные (таблица 6) мембраны и предварительный фильтр (таблица 7) производителей ЗАО НТЦ «Владипор» [5] и ООО НПП «Технофильтр» [6], г. Владимир.

Таблица 4.

и пористой подложки из полипропилена (ПП) или тканого лавсана; структура – капиллярнопальчиковая» [5, 7].

Нанофильтрационная композитная полимерная пористая пленка типа ОПМН-П состоит из селективного слоя на полиамидной основе и пористой подложки из нетканого полипропилена; структура – вакуольная с губчатой прослойкой» [5, 7].

Таблица 5.

Характеристики ультрафильтрационных мембран [5]

Table 5.

Characteristics of ultrafiltration membranes [5]

Тип мембраны Membrane type		Рабочие характеристики мембран Performance characteristics of membranes
		Рабочее давление Р , МПа Working pressure Р , МРа	Удельный поток растворителя J , м3/(м2 ⋅ с) Specific flow of solvent J , m3/(m2 ⋅ s)	Коэффициент задержания по альбумину 67000Д Albumin retention coefficient 67000D	Максимальная температура, К Maximum temperature, K	Рабочий диапазон рН Operating рН range
УАМ-50 |	UAM-50	0,15	3,33 • 10–6	0,97	323	3…8
УАМ-100 |	UAM-100		1,67 • 10–6
УПМ-К	| UPM-K	0,1	1,16 • 10–5	0,98	373	2…12
УПМ-100	| UPM-100		2,33 • 10–4	0,97

Мембрана типа УАМ представляет собой пористую полимерную полупрозрачную или белого цвета пленку на основе ацетатов целлюлозы на подложках: нетканый полипропилен, лавсан [5].

Мембрана типа УПМ представляет собой пористую полимерную пленку на основе ароматического полисульфонамида «Сульфон-4Т» на подложках: нетканый лавсан и полипропилен [5].

Таблица 6.

Характеристики микрофильтрационных мембран [5, 6]

Table 6.

Characteristics of microfiltration membranes [5, 6]

Тип мембраны Membrane type	Рабочие характеристики мембран Performance characteristics of membranes
	Средний диаметр пор, мкм Average pore diameter, µm	Рабочее давление, МПа Working pressure, МРа	Производительность J , дм3/(м2 ⋅ ч) Productivity J , dm3/(m2 h)	Максимальная температура, К Maximum temperature, K	Рабочий диапазон рН Operating рН range
МФФК-3 MFFK-3	0,45	0,56	7500 (по этанолу, при Р = 0,05 МПа) 7500 (for ethanol, at P = 0,05 МРа)	353	1…13
МФФК-3Г MFFK-3G		0,50	7000 (по этанолу, при Р = 0,05 МПа) 7000 (for ethanol, at P = 0,05 МРа)
МФФК-2Г MFFK-2G	0,25	0,26	3200 (по этанолу, при Р = 0,05 МПа) 3200 (for ethanol, at P = 0,05 МРа)
ММК – 0,45 ММК – 0,45	0,45	0,50	21000 (по очищенной воде, при Р = 0,1 МПа) 21000 (for purified water, at P = 0,1 МРа)	343	3…14

Микрофильтрационная фторопластовая композиционная гидрофильная и гидрофобная мембрана типа МФФК представляет собой пористый пленочный материал на основе фторопласта Ф42Л на подложке из нетканых материалов (полипропилен, лавсан) [5].

Характеристики предварительного фильтра ПП-190 [6]

Table 7.

Characteristics of the pre-filter PP-190 [6]

Эффективность удержания частиц, мкм Particle retention efficiency, µm		Максимальный перепад давления, МПа Maximum pressure drop, МРа	Начальная производительность по дистиллированной воде, при P = 0,05 МПа, см3/(см2 ⋅ мин) Initial capacity for distilled water, at P = 0.05 МРа, сm3/(сm2 ⋅ min)	Максимальная температура, К Maximum temperature, K	Рабочий диапазон рН Operating рН range
не менее 98 % at least 98 %	не менее 95 % at least 95 %
3	2	0,5 при 293 К; 0,2 при 353 К 0,5 at 293 K; 0,2 at 353 K	Не менее 400 Not less than 400	363	2…13

Фильтрационная мембрана ПП представляет собой пористую пленку из полипропиленового нетканого материала без подложки [6].

Методика подготовки мембран.

Методика предварительной подготовки полупроницаемых мембран для проведения экспериментальных исследований заключалась в следующем:

– визуально определялось место на полотне исследуемой мембраны без наличия дефектов (смятий, сжатий, трещин и др.), проводилась

Микропористая капроновая гидрофильная мембрана марки ММК представляет собой пористую пленку белого цвета на основе полиамида [6].

Таблица 7.

обрезка необходимой геометрической формы и размера;

– мембрана замачивалась в растворе дистиллированной воды в течение суток;

– мембрана, в зависимости от необходимости расположения на конкретном электроде (анод или катод), предварительно обрабатывалась разбавленным раствором кислоты (серная кислота, рН = 5…6) или щелочи (гидроксид натрия, рН = 9) и проводилась промывка дистиллированной водой;

– образец мембраны располагался в ячейке баромембранной установки для обжатия (при максимальном избыточном давлении) при перекачивании дистиллированной воды;

– подготовленные мембраны располагались на пористом электроде-катоде и пористом электроде-аноде;

– осуществлялась сборка электробаромем-бранной ячейки с прикатодными и прианодными мембранами.

Результаты и обсуждение

Разработанная методология и подобранные объекты исследования позволили провести ряд экспериментальных исследований и получить графические результаты по структурным характеристикам различными методами, такими как рентгеноструктурный анализ (рисунок 2), термогравиметрия (рисунок 3), дифференциально-сканирующая калориметрия (рисунок 4), электрохимическим: волт-амперным (рисунок 5), сопротивлению (рисунок 6), электропроводности (рисунок 7) мембранных систем, а также транспортным: коэффициенту задержания (рисунок 8) и удельному выходному потоку (рисунок 9).

х 103 имп/с (в)

10        20        30        40 20, град

Рисунок 2. Экспериментальные зависимости для пленки МФФК-3, полученные методом рентгеноструктурного анализа: 1 – исходная; 2 – рабочая

Figure 2. Experimental dependencies for the MFFK-3 film obtained by X-ray structural analysis: 1 – initial;

2 – working

Рисунок 3. Экспериментальные зависимости для пленки МФФК-3, полученные методом термогравиметрии: 1 – исходная; 2 – рабочая

Figure 3. Experimental dependencies for the MFFK-3 film obtained by thermogravimetry: 1 – initial; 2 – working

Рисунок 4. Экспериментальные зависимости для пленки МФФК-3, полученные методом дифферен-циально-сканирующей калориметрии: 1 – исходная;

2 – рабочая

Figure 4. Experimental dependencies for the MFFK-3 film obtained by differential scanning calorimetry: 1 – initial; 2 – working

Экспериментальные зависимости структурных характеристик различными методами получены для образцов мембраны МФФК-3 до и после действия трансмембранного давления и диффузии эфирных масел при микрофильтрационной очистке промывочной воды, образующейся в процессе синтеза биотоплива [8, 9].

Электрохимические характеристики мембранной системы исследованы при электронано-фильтрационном разделении модельного раствора производства минерального удобрения [10].

Рисунок 5. Зависимости ВАХ мембранной системы, оснащенной прианодной АМН-П и прикатодной ОПМН-П мембранами, при разделении водного раствора хлорида аммония ( с = 0,5 кг/м ³ ) от трансмембранного давления

Figure 5. Dependences of the current-voltage characteristics of a membrane system equipped with anode AMN-P and cathode OPMN-P membranes during the separation of an aqueous solution of ammonium chloride ( c = 0,5 kg/m ³ ) on the transmembrane pressure

Рисунок 6. Зависимости сопротивления мембранной системы, оснащенной прианодной АМН-П и прикатодной ОПМН-П мембранами, при разделении водного раствора хлорида аммония ( с = 0,5 кг/м ³ ) от напряжения и трансмембранного давления

Figure 6. Dependences of the resistance of a membrane system equipped with anode AMN-P and cathode OPMN-P membranes, when separating an aqueous solution of ammonium chloride ( c = 0,5 kg/m ³ ) on voltage and transmembrane pressure

Рисунок 8. Зависимости коэффициента задержания для прикатодной мембраны ОПМН-П от плотности тока при постоянном трансмембранном давлении P = 1,6 МПа и разделении технологического раствора гальванического производства АО «ТАГАТ» им. С.И. Лившица по ионам: 1 – РО 4 ^3– ; 2 – Zn ²⁺ (сплошная линия – эксперимент; штриховая линия – расчет)

Figure 8. Dependences of the retention coefficient for the OPMN-P cathode membrane on the current density at a constant transmembrane pressure P = 1,6 МРа and separation of the process solution of the galvanic production of JSC TAGAT named after S.I. Livshits by ions: 1 – РО 4 ^3– ; 2 – Zn ²⁺ (solid line – experiment; dashed line – calculation)

Рисунок 7. Зависимости электропроводности мембранной системы, оснащенной прианодной АМН-П и прикатодной ОПМН-П мембранами, при разделении водного раствора хлорида аммония ( с = 0,5 кг/м ³ ), от напряжения и трансмембранного давления

Figure 7. Dependences of the electrical conductivity of a membrane system equipped with anode AMN-P and cathode OPMN-P membranes, when separating an aqueous solution of ammonium chloride ( c = 0,5 kg/m ³ ), on voltage and transmembrane pressure

Рисунок 9. Зависимости удельного выходного потока для прианодной ОФАМ-К (1) и прикатодной ОПМН-П (2) мембран при разделении технологического раствора гальванического производства АО «ТАГАТ» им. С.И. Лившица от плотности тока с постоянным трансмембранным давлением Р = 1,6 МПа (сплошная линия – эксперимент; штриховая линия – расчет)

Figure 9. Dependences of the specific output flow for the anode OFAM-K ( 1 ) and cathode OPMN-P ( 2 ) membranes during the separation of the process solution of the galvanic production of JSC TAGAT named after S.I. Livshits on the current density with a constant transmembrane pressure P = 1,6 МРа (solid line – experiment; dashed line – calculation)

Транспортные характеристики мембранной системы представлены для процесса элек-тробаромембранного разделения промышленного раствора гальванического производства АО «ТАГАТ» им. С.И. Лившица [11].

Заключение

• 1.    Разработана методология проведения научного исследования, представленная в виде многоуровневой взаимосвязанной структурноиерархической схемы, основными этапами которой являются методики исследования электрохимических, структурных, кинетических

• 2.    На основе проведенного аналитического обзора по традиционным и электрохимическим мембранным методам очистки и концентрирования промышленных растворов в производствах минеральных удобрений, биотоплива и гальванопокрытий и в соответствии с целью и задачами работы проведен выбор объектов экспериментального исследования. Такими объектами выступают модельные, технологический и промышленные растворы в производствах минеральных удобрений, биотоплива и гальванопокрытий, а также нанофильтраци-онные, ультрафильтрационные, микрофильтрационные мембраны и предварительный фильтр производителей ЗАО НТЦ «Владипор» и ООО НПП «Технофильтр», г. Владимир.

• 3.    Получены результаты экспериментальных исследований и представлены некоторые

характеристик, математическое моделирование, методики оптимизации и инженерного расчета, разработка аппаратурно-технологического оформления и практическое применение в очистке промышленных растворов, экономическая оценка эффективности.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках проекта «Теоретические и экспериментальные исследования электрокинетических и структурных характеристик полимерных мембран посредством применения искусственных нейронных сетей в процессах электромембранной очистки промышленных растворов, содержащих ионы металлов» (FEMU-2024–0011).