CC BY
16
УДК 541.64 : 628.33
В. О. Дряхлов, М. Ю. Никитина, Т. И. Шайхиев, И. А. Загидуллина, С. В. Фридланд
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОРОННОГО РАЗРЯДА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗДЕЛЕНИЯ
ВОДОМАСЛЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ ПОЛИЭФИРСУЛЬФОНОВЫМИ МЕМБРАНАМИ
Ключевые слова: водомасляная эмульсия, мембрана, разделение, коронный разряд, обработка.
Исследовано влияние параметров обработки коронным разрядом на производительность и селективность разделения эмульсий типа «масло в воде» на базе масла «И-20А», стабилизированных ПАВ марки «Косинтанол-242», с использованием полиэфирсульфоновых мембран с размерами отсекаемых частиц 30 кДа. Определены параметры коронообработки, при которых достигается наилучшие значения производительности и эффективности разделения эмульсий.
Keywords: water emulsion, membrane separation, corona discharge treatment.
Was investigated the influence of corona discharge processing parameters to productivity and selectivity of emulsion's separation of "oil in water" type oil-based "i-20a", stabilized PAV of "kosintanol-242" brand, with using polyethersulfone membranes with sizes of cut off particles - 30 kDa. The parameters of corona processing in which achieves the best value ofproductivity and efficiency of emulsion's separation was determined.
Коронный разряд является одним из процессов, широко применяемым в промышленности, для изменения, в частности, адгезионных характеристик полимерных материалов [1]. Ранее было показано, что коронообработка полиакрилонитрильных мембран способствует увеличению производительности и селективности разделения водомасляных эмульсий [2].
В продолжение ранее проведенных работ [3, 4] по определению возможности интенсификации разделения водомасляных эмульсий с применением полиэфирсульфоновых (ПЭС) мембран, проводились работы по исследованию параметров коронного разряда на эффективность, производительность и
селективность процесса. Эксперименты
проводились аналогично описанным в работе [2]: использовалась водомасляная эмульсия на базе масла «И-20А», стабилизированная ПАВ марки «Косинтанол-242». Значение ХПК полученной эмульсии составило 166550 мг О2/дм3.
Обработка коронным разрядом ПЭС мембран с размером отсекаемых частиц 30 кДа проводилось на установке, схема которой приведена в работе [2]. Как и в предыдущем случае варьировались следующие параметры
коронообработки: напряжение U^ — 5, 10 или 15 кВ отрицательной полярности; время воздействие коронного разряда варьировалось и составляло 0,5; 1,0 или 1,5 минут.
Полученная эмульсия пропускалась через установку ультрафильтрационного мембранного разделения, описание которой приведено в работе [2]. Приложенное к системе давление составило 202,65 Па (2 атм). Эффективность или селективность разделения полученной
водомасляной эмульсии определялась по изменению значений ХПК до и после процесса разделения эмульсии, измеряемого на автоматическом титраторе марки «Т70» фирмы «Mettler Toledo». Графики изменения производительности мембран,
обработанных в поле коронного разряда при различных временах электретной обработки, напряжения на электроде, в зависимости от времени прохождения разделяемого потока эмульсии, приведены на рисунке 1а-в.
Анализ приведенных зависимостей выявил следующие тенденции: при коронообработке с приложенным напряжением ипол = 5 кВ с увеличением времени воздействия коронного разряда производительность мембраны возрастает. Коронообработка при т = 1,5 мин способствует повышению производительности в начальный период разделения эмульсии мембраной несколько выше такового показателя для исходного фильтрэлемента. При коронообработке с приложенным напряжением ипол = 10 кВ с увеличением времени воздействия коронного разряда производительность мембраны наоборот понижается. В противовес двум ранее рассмотренным зависимостям, обработка коронным разрядом при ипол = 15 кВ способствует увеличению производительности мембраны в сравнении с исходным образцом, причем с увеличением времени коронообработки исследуемый параметр также имеет тенденцию к повышению. Анализ графиков, представленных на рисунке 1, показывает увеличение производительности электретированных ПЭС мембран по сравнению с исходной мембраной при ипол = 5 кВ и т = 1,5 мин, ипол = 10 кВ и т = 0,5 мин, а так же при ипол = 15 кВ при всех значениях времени обработки. Таким образом, с увеличением напряжения электретирования производительность обработанных мембран в данном случае увеличивается.
Данными, представленными в таблице 1, подтверждено улучшение рабочих параметров разделения эмульсии электретированными ПЭС мембранами с массой отсекаемых частиц 30 кДа по сравнению с исходным образцом. В результате обработки рассматриваемых фильтр-элементов селективность процесса увеличивается до 9 раз, что подтверждается снижением значений показателей
ХПК, которые для исходной и наиболее эффективной мембраны, обработанной при т = 1 мин и ипол = 5 и 15 кВ, составили 7056 и 784 мг О2/дм3, соответственно. При этом эффективность процесса составила и 95,0 % и 99,5 %, соответственно.
а
-Исходная мембрана
—■—т=0:5 мин * 1—1 мин =1.5 мин
О 10 2С 30 40 50 60 70 ВО 90 Время процесса, мин
20
-Исходная мембрана
"■-1=0,5 мин -*—1=1 мин -•—т=1_5 мин
О 10 20 30 40 50 60 70 30 90 Время процесса, мин
Рис. 1 - Производительность разделения эмульсии ПЭС мембранами с массой отсекаемых частиц 30 кДа, коронообработанными при следующих условиях: а) ипол = 5 кВ; б) ипол = 10 кВ; в) ипол = 15 кВ
Таблица 1 - Значения ХПК фильтратов, полученных при разделении эмульсии коронообработанными ПЭС мембранами с массой отсекаемых частиц 30 кДа
Ипол, кВ Значения ХПК, мг О2/дм3
Время обработки, т, мин
0,5 1,0 1,5
5 3920 784 3920
10 2352 1960 3136
15 2352 784 1568
Фильтрат исходной эмульсии 7056
Исходная эмульсия 166550
Как показано значениями ХПК концентратов, полученными при разделении электретированными ПЭС мембранами с массой отсекаемых частиц 30 кДа, представленными в таблице 2, в большинстве случаев отмечено увеличение рассматриваемого параметра в результате электретообработки. Наибольшее значение ХПК достигается при использовании ПЭС мембраны, модифицированной при ипол = 15 кВ и т = 1 мин.
Таблица 2 - Значения ХПК концентратов, полученных при разделении эмульсии коронообработанными ПЭС мембранами с массой отсекаемых частиц 30 кДа
Ипол, кВ Значения ХПК, мг О2/дм3
Время обработки, т, мин
0,5 1,0 1,5
5 188727 207992 207208
10 207600 184838 200020
15 207600 210614 207796
Концентрат исходной эмульсии 206424
Исходная эмульсия 166550
Увеличение производительности и селективности коронообработанных мембран происходит за счет гидрофилизации поверхности фильтрэлемента, на что косвенно указывают значения потенциала поверхности, напряженности электрического поля, эффективной плотности заряда исходной и модифицированных ПЭС мембран. Для исходной мембраны названные показатели равны нулю, а для образца, обработанного коронным разрядом при Ппол = 5 кВ и т = 1,0 мин, потенциал поверхности (V) составляет 0,0003 кВ, напряженность электрического поля (Е) -0,0667 кВ/м, а эффективная плотность заряда (сэф) -0,001 мкКл/м2.
б
в
Таким образом, проведенными
исследованиями найдено, что наибольшие значения производительности и селективности при ультрафильтрационном разделении эмульсии на базе индустриального масла марки «И-20А» достигаются с использованием ПЭС мембраны, подвергнутой воздействию коронного разряда при = 15 кВ и т = 1,0 мин.
Литература
1. В.Г. Назаров, Поверхностная модификация полимеров, МГУП : М., 2008. - 474 с.
2. В.О. Дряхлов, М.Ю. Никитина, И.А. Загидуллина, Т.И. Шайхиев, С.В. Фридланд, В.Б. Воиеу, Вестник
Казанского технологического университета, 10, 107110 (2014).
3. В.О. Дряхлов, И.Г. Шайхиев, И.Ш. Абдуллин, Р.Г. Ибрагимов, Р.Т. Батыршин, Вестник Казанского технологического университета, 11, 43-48 (2010).
4. В.О. Дряхлов, Н.Н. Капралова, И.Г. Шайхиев, И.Ш. Абдуллин, Р.Г. Ибрагимов, Р.Т. Батыршин, Вестник Казанского технологического университета, 6, 31-35 (2011).
© В. О. Дряхлов - асп. каф. инженерной экологии КНИТУ, [email protected]; М. Ю. Никитина - асп. той же кафедры; Т. И. Шайхиев - асп. той же кафедры; И. А. Загидуллина - к.т.н., доц. кафедры ТПП КНИТУ; С. В. Фридланд - д.х.н., проф. каф. инженерной экологии КНИТУ.
© V. O Dryakhlov - postgraduate of engineering ecology cathedra of Kazan National Research Technological University, [email protected], M. Yu. Nikitina - postgraduate of engineering ecology cathedra of the same university, T. I. Shaykhiev -postgraduate of engineering ecology cathedra of the same university, I. A. Zagidullina - d.tech.soc, Associate Professor of TPI cathedra of the same university, S. V. Fridland - d.chem.soc, professor of engineering ecology cathedra of the same university.
