Новые газоразделительные мембраны на основе целлюлозы и «зеленый» метод их получения

  • Валерия Борисовна Филистович Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Татьяна Александровна Савицкая Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Ирина Михайловна Кимленко Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Давидович Гриншпан Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Светлана Евгеньевна Макаревич Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
  • Владимир Васильевич Тепляков Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН, Ленинский проспект, 29, ГСП-1, 119991, г. Москва, Россия
  • Дарья Александровна Сырцова Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН, Ленинский проспект, 29, ГСП-1, 119991, г. Москва, Россия
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-257X-2019-1-66-77

Аннотация

Предложен «зеленый» метод получения газоразделительных композиционных мембран из растворов целлюлозы и ее смесей с хитозаном в ортофосфорной кислоте, пригодный для промышленного применения и отличающийся от вискозного способа получения целлофана и других известных способов получения целлюлозных газоразделительных мембран отсутствием газообразных выбросов и сточных вод. Показано, что новые композиционные целлюлозные мембраны на подложке из вискозной ткани характеризуются высокой производительностью и селективностью по паре O2/ N2, сравнимой со значениями, полученными для известных мембран из синтетических полимеров, а также повышенной механической прочностью. Разработанные композиционные мембраны демонстрируют обратную селективность по паре CH4/CO2, нехарактерную для описанных в литературе газоразделительных мембран с селективными слоями на основе целлюлозы.

Биографии авторов

Валерия Борисовна Филистович, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

студентка химического факультета. Научный руководитель – Т. А. Савицкая

Татьяна Александровна Савицкая, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; профессор кафедры физической химии химического факультета

Ирина Михайловна Кимленко, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; доцент кафедры радиационной химии и химико-фармацевтических технологий химического факультета

Дмитрий Давидович Гриншпан, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

доктор химических наук, профессор; заведующий лабораторией растворов целлюлозы и продуктов их переработки

Светлана Евгеньевна Макаревич, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

старший научный сотрудник лаборатории растворов целлюлозы и продуктов их переработки

Владимир Васильевич Тепляков, Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН, Ленинский проспект, 29, ГСП-1, 119991, г. Москва, Россия

доктор химических наук, профессор; заведующий лабораторией физикохимии мембранных процессов

Дарья Александровна Сырцова, Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН, Ленинский проспект, 29, ГСП-1, 119991, г. Москва, Россия

кандидат химических наук; старший научный сотрудник лаборатории физикохимии мембранных процессов

Литература

  1. Ichwan M, Son TW. Preparation and characterization of dense cellulose films for membrane application. Journal of Applied Polymer Science. 2012;124:1409–1428. DOI: 10.1002/app.35104.
  2. Eldin MSM. Cellophane Membranes. In: Drioli E, Giorno L, editors. Encyclopedia of Membranes. Heidelberg, Berlin: Springer; 2014. p. 2279–2280. DOI: 10.1007/978-3-642-40872-4_1857-1.
  3. Klemm D, Heublein B, Fink H-P, Bohn A. Cellulose: Fascinating Biopolymer and sustainable raw material. Angewandte Che­mie. International Edition. 2005;44:3358–3393. DOI: 10.1002/anie.200460587.
  4. Jie X, Cao Y, Lin B, Yuan Q. Gas Permeation performance of Cellulose hollow fiber membranes made from the cellulose/N-methylmorpholine-N-oxide/H 2 O system. Journal of Applied Polymer Science. 2004;91:1873–1880. DOI: 10.1002/app.2385.
  5. Sen S, Martin JD, Agruropoluos DS. Review of cellulose non-derivatizing solvent interactions with emphasis on activity in inorganic molten salt hydrates. ACS Sustainable Chemical and Engineering. 2013;8:858–870. DOI: 10.1021/sc400085a.
  6. Yang Q, Fukuzumi H, Saito Ts, Isogai A, Zhang L. Transparent Cellulose films with high barrier properties fabricated from aqueous alkali/urea solutions. Biomacromolecules. 2011;12:2766–2771. DOI: 10.1021/bm200766v.
  7. Xu Q, Chen C, Rosswutm K, Yao T. A facile route to prepare cellulose-based films. Carbohydrate Polymers. 2016;149:274–281. DOI: 10.1016/j.carbpol.2016.04.114.
  8. Zhang L, Yang QG, Fang W. Regenerated cellulose membrane from cuoxam/zinkoxene blend. Journal of Membrane Science. 1991;56:207–215. DOI: 10.1016/S0376-7388(00)80809-1.
  9. Li NN, Fane AG, Ho WSW, Matsuura T, editors. Advanced Membrane Technology and Applications. Hoboken: John Wiley and Sons; 2008. 940 p.
  10. Nussbaumer D, Hörl H-H, inventors; Sartorius Stedim Biotech GmbH, assignee. Cellulose hydrate ultrafiltration membranes and method for their production. United States Patent 7,422,686 B2. 2008 September 9.
  11. Tucelli R, McGrath PV, inventors. Cellulose Ultrafiltration membrane. United States Patent 5,522,991. 1996 June 4.
  12. Grinshpan DD, Gonchar AN, Tsygankova NG, Makarevich SE, Savitskaya TA, Sheimo EV. Rheological properties of concentrated solutions of cellulose and its mixtures with other polymers in orthophasphoric acid. Journal of Engineering Physics Thermophysics. 2011;84:594. DOI: 10.1007/s10891-011-0510-z.
  13. Grinshpan DD, Tsygankova NG, Makarevich SE, Savitskaya TA, Serebryakov GF, Vovk VI, et al. [Self-extinguishing fibers and their composite materials based on cellulose and chitosan]. Neftekhimicheskii kompleks. 2017;1:13–15.
  14. Gryshpan DD, Savitskaya TA, Kaputsky FN, Kumachev AI, Kozlovsky AM. [Properties of composite membranes and cellulose-polyacrylonitrile solutions]. Zhurnal prikladnoi khimii. 1988;6:1342–1347. Russian.
  15. Efimova EA, Syrtsova DA, Teplyakov VV. Gas permeability through graphite foil: the influence of physical density, membrane orientation and temperature. Separation and Purification Technology. 2017;179:467–474. DOI: 10.1016/j.seppur.2017.02.023.
  16. Becker E, Beoschoten K, Brigoli B, Jensen R, Massignon D, Nathrath N, et al. Less and Chemical Carge. Berlin, Heidelberg, New York: Springer; 1979. Russian edition: Becker E, Beoschoten K, Brigoli B, Jensen R, Massignon D, Nathrath N, et al. Obogashchenie urana. Moscow: Energoatomizdat; 1983.
  17. Herrera MA, Mathew AP, Oksman K. Gas permeability and selectivity of cellulose nanocrystals films (layers) deposited by spincoating. Carbohydrate Polymers. 2014;112:494–501. DOI: 10.1016/j.carbpol.2014.06.036.
  18. Yampolskiy Yu, Finkelshtein Eu, editors. Membrane materials for gas and Vapor Separation: synthesis and Application of silicon-containing polymers. Hoboken: Wiley; 2017. p. 420.
  19. Brandrup J, Immerguten EH, Grulke EA, editors. Polymer Handbook. New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Singapore, Toronto: John Willey and sons; 1989. p. 1904.
  20. Mulder M. Basic principles of membrane technology. Dodrecht, Boston, London: Kluwer academic pub-lishers; 1991. Russian edition: Mulder M. Vvedenie v membrannuyu tekhnologiyu. Alent’ev AY, Yampol’skaya GP, translators. Moscow: Mir; 1999.
  21. Ju X, Bowden M, Brown E, Zhang X. An improved X-ray diffraction method for cellulose crystallinity measurement. Carbo­hydrate Polymers. 2015;123:476–481. DOI: 10.1016/j.carbpol.2014.12.071.
  22. Dehant I, Dants R, Kimmer V, Shmol’ke R. Infrakrasnaya spektroskopiya polimerov [Infrared spectroscopy of polymers]. Arkhangel’skii VV, translator. Moscow: Khimiya; 1976. Russian.
  23. Sanjari AJ, Asghari M. A Review on Chitosan Utilization in Membrane Synthesis. ChemBioEng Reviews. 2016;3:134–158. DOI: 10.1002/cben.201500020.
Опубликован
2019-02-19
Ключевые слова: целлюлоза, хитозан, ортофосфорная кислота, композиционные мембраны, газоразделение, кислород, азот, метан, диоксид углерода, тканевая подложка, двухслойная пленка
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Х18Р-176) и Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 18-53-00017).
Как цитировать
Филистович, В. Б., Савицкая, Т. А., Кимленко, И. М., Гриншпан, Д. Д., Макаревич, С. Е., Тепляков, В. В., & Сырцова, Д. А. (2019). Новые газоразделительные мембраны на основе целлюлозы и «зеленый» метод их получения. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 1, 66-77. https://doi.org/10.33581/2520-257X-2019-1-66-77
Выпуск
№ 1 (2019): Журнал Белорусского государственного университета. Химия
Раздел
Оригинальные статьи

Copyright (c) 2019 Журнал Белорусского государственного университета. Химия

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).