радиохимия интегрированные мембранные системы с

408
ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1999. Ò. 40. ¹ 6
ÐÀÄÈÎÕÈÌÈß
ÓÄÊ 539.217.5: 66.077
ÈÍÒÅÃÐÈÐÎÂÀÍÍÛÅ ÌÅÌÁÐÀÍÍÛÅ ÑÈÑÒÅÌÛ
Ñ ÏÎÄÂÈÆÍÛÌ ÆÈÄÊÈÌ ÍÎÑÈÒÅËÅÌ
È. Í. Áåêìàí, Ä. Ã. Áåññàðàáîâ*, Ð. Ä. Ñàíäåðñîí*
(êàôåäðà ðàäèîõèìèè)
Ðàññìîòðåíû ïåðñïåêòèâû èñïîëüçîâàíèÿ èíòåãðèðîâàííûõ ìåìáðàííûõ ñèñòåì äëÿ èíòåíñèôèêàöèè ïðîöåññîâ ðàçäåëåíèÿ ìíîãîêîìïîíåíòíûõ ãàçîâûõ ñìåñåé. Îñíîâíîå âíèìàíèå óäåëåíî ìåòîäè÷åñêîìó îáåñïå÷åíèþ ðàçðàáîòîê äâóõ òèïîâ ìåìáðàííûõ êîíòàêòîðîâ:
ìåìáðàííîãî ïåðìàáñîðáåðà è ñåëåêòèâíîãî ìåìáðàííîãî çàòâîðà ñ ïîäâèæíûì æèäêèì
íîñèòåëåì. Ïîêàçàíî, ÷òî ñîâìåùåíèå â îäíîì óñòðîéñòâå íåñêîëüêèõ ðàçëè÷íûõ ñïîñîáîâ
ðàçäåëåíèÿ ïîçâîëÿåò ñîõðàíèòü òàêèå èçâåñòíûå ïðåèìóùåñòâà ìåìáðàííîé òåõíîëîãèè,
êàê êîìïàêòíîñòü è ãèáêîñòü, äîïîëíèâ èõ âûñîêîé ñåëåêòèâíîñòüþ, õàðàêòåðíîé äëÿ àáñîðáöèîííîãî ìåòîäà. Ïðåèìóùåñòâà ìåìáðàííûõ àáñîðáåðîâ ñ ïîäâèæíûì æèäêèì íîñèòåëåì ïðîäåìîíñòðèðîâàíû íà ïðèìåðàõ ðàçäåëåíèÿ áèîãàçà, âîçäóõà, îòäåëåíèÿ îëåôèíîâ
îò ïàðàôèíîâ è äð.
Ñîâðåìåííàÿ õèìè÷åñêàÿ òåõíîëîãèÿ áàçèðóåòñÿ íà
îáúåäèíåíèè õèìè÷åñêèõ, áèîëîãè÷åñêèõ è ôèçè÷åñêèõ
êîìïîíåíòîâ â åäèíóþ ñèñòåìó, à òàêæå íà îïòèìàëüíîì
óïðàâëåíèè äèíàìèêîé ìàññîïåðåíîñà âñåõ âåùåñòâ. Â
ìåìáðàííîé èíòåãðèðîâàííîé ñèñòåìå (ÌÈÑ) ñî÷åòàþòñÿ
â îäíîì óñòðîéñòâå ìåòîäû ìåìáðàííîé òåõíîëîãèè è
äðóãèå ñïîñîáû ðàçäåëåíèÿ âåùåñòâ [1, 2].
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ðàññìîòðåíû ñóùåñòâóþùèå òèïû
ÌÈÑ ñ ïîäâèæíûì æèäêèì íîñèòåëåì è ñïîñîáû èõ èñïîëüçîâàíèÿ äëÿ èíòåíñèôèêàöèè ïðîöåññîâ ðàçäåëåíèÿ
ìíîãîêîìïîíåíòíûõ ñìåñåé ãàçîâ.
Îñíîâíîå ïðåèìóùåñòâî ÌÈÑ ñ ïîäâèæíûì íîñèòåëåì çàêëþ÷àåòñÿ â âîçìîæíîñòè ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàçäåëåíèÿ êîìïîíåíòîâ ñìåñè âåùåñòâ. ×àñòíûì ñëó÷àåì
ÌÈÑ ÿâëÿåòñÿ ìåìáðàííûé êîíòàêòîð (ÌÊ), ïîçâîëÿþùèé ñîâìåùàòü ñ ìåìáðàííûìè òàêèå ïðîöåññû ðàçäåëåíèÿ, êàê àáñîðáöèÿ è ýêñòðàêöèÿ. Ðàáî÷èé ýëåìåíò
ÌÊ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìíîãîñëîéíûé «ñàíäâè÷» c íåïîäâèæíûìè è ïîäâèæíûìè ñëîÿìè [3, 4]. Ïîäâèæíàÿ
ìåìáðàíà, ðàçäåëÿþùàÿ âåùåñòâà, íàõîäÿùèåñÿ â ðàçëè÷íûõ ôàçîâûõ ñîñòîÿíèÿõ (ãàç – æèäêîñòü, ãàç – òâåðäîå òåëî, æèäêîñòü – òâåðäîå òåëî), ìîæåò ïðåäñòàâëÿòü
ñîáîé ñëîé ãàçà èëè æèäêîñòè, òêàíü èëè ôîëüãó.  çàâèñèìîñòè îò òèïà ïîäâèæíîé ìåìáðàíû ðàçëè÷àþò òàêèå
àïïàðàòû, êàê ìåìáðàííûé àäñîðáåð, â êîòîðîì ðàáî÷èì ýëåìåíòîì ÿâëÿåòñÿ äâèæóùàÿñÿ òêàíü, èçãîòîâëåííàÿ èç âîëîêîííîãî àäñîðáåíòà, è ìåìáðàííûé àáñîðáåð, â êîòîðîì ðàáî÷èì ýëåìåíòîì ÿâëÿåòñÿ ñëîé òåêóùåé æèäêîñòè, ñåëåêòèâíî ïîãëîùàþùèé îäèí èç êîìïîíåíòîâ ãàçîâîé ñìåñè. Ýòè ÌÊ ïðèìåíÿþò äëÿ ðàçäåëåíèÿ ìíîãîêîìïîíåíòíûõ ãàçîâûõ ñìåñåé.  ìåìáðàííûõ
ýêñòðàêòîðàõ èñïîëüçóþò ïîäâèæíûé ñëîé æèäêîãî ýêñò* Ñòåëëåíáîøñêèé óíèâåðñòåò, ÞÀÐ, õèìè÷åñêèé ôàêóëüòåò.
Ðèñ. 1. Áëîê-ñõåìà ìåìáðàííîé èíòåãðèðîâàííîé ñèñòåìû
ñ ïîäâèæíûì íîñèòåëåì (òâåðäûì, æèäêèì èëè ãàçîîáðàçíûì):
I – àäñîðáåð, II – äåñîðáåð
ðàãåíòà (ðàñòâîð, ðàñïëàâ ñîëåé), ñåëåêòèâíî èçâëåêàþùèé ÷åðåç íåïîäâèæíóþ ìåìáðàíó ìèêðîêîìïîíåíòû
(íàïðèìåð, òÿæåëûå ìåòàëëû, ñëåäû îðãàíè÷åñêèõ ðàñòâîðèòåëåé è ò.ï.) èç ðàñòâîðîâ è ðàñïëàâîâ. Ìåìáðàííûå
àáñîðáåðû ïîçâîëÿþò óìåíüøèòü îáúåì îáîðóäîâàíèÿ â
20, à ìåìáðàííûå ýêñòðàêòîðû – â 500 ðàç.
Îáùàÿ ñõåìà ÌÊ ñ ïîäâèæíûì ñëîåì ïðèâåäåíà íà
ðèñ. 1. Àïïàðàòóðà âêëþ÷àåò äâå äèôôóçèîííûå ÿ÷åéêè (I
è II). Ïåðâàÿ ÿ÷åéêà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êàìåðó, ðàçäåëåííóþ íà äâå ÷àñòè «ñàíäâè÷åì», ñîñòîÿùèì èç äâóõ íåïîäâèæíûõ ìåìáðàí Ì1è Ì3, ìåæäó êîòîðûìè äâèæåòñÿ
ìåìáðàíà (ñëîé) Ì2. Ìåìáðàíû ìîãóò áûòü ïîðèñòûìè
(ìåòàëëû, êåðàìèêà, ïîëèìåðû), ñïëîøíûìè (íàïðèìåð,
àñèììåòðè÷íûìè ñ òîíêèì ðàáî÷èì ñëîåì) èëè æèäêèìè
ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1999. Ò. 40. ¹ 6
èìïðåãíèðîâàííûìè ìåìáðàíàìè. Íåïîäâèæíûå ìåìáðàíû «ñàíäâè÷à» ìîãóò áûòü îäíîãî òèïà, íî ìîãóò áûòü è
ðàçíûìè. Ïîäâèæíûé ñëîé Ì2 ìîæåò áûòü ãàçîì, æèäêîñòüþ (â òîì ÷èñëå ðàñïëàâîì) èëè òâåðäûì ìàòåðèàëîì
(ïîëèìåð, àäñîðáåíò).
Êàìåðû 1à è 1b ïðîìûâàþò ëèáî ãàçàìè (÷èñòûìè
èëè ñìåñüþ), ëèáî æèäêîñòÿìè (ðàñòâîð, ðàñïëàâ), ëèáî
ñìåñüþ ãàç – æèäêîñòü.  îáùåì ñëó÷àå ñîñòàâ ñìåñåé
âåùåñòâ â êàìåðàõ 1à è 1b ðàçëè÷åí.  õîäå ýêñïëóàòàöèè
àïïàðàòà ñìåñè ðàçäåëÿåìûõ âåùåñòâ â ýòèõ êàìåðàõ èëè
íåïîäâèæíû, èëè ïåðåìåùàþòñÿ âäîëü ïîâåðõíîñòåé
«ñàíäâè÷à». ×àñòî èñïîëüçóþò ðåæèì, â êîòîðîì îäíà èç
êàìåð 1à èëè 1b íåïðåðûâíî âàêóóìèðóåòñÿ. Ïðè ïåðåðàáîòêå ñìåñè ãàçîâ îáùèå äàâëåíèÿ â êàìåðàõ 1à è 1b ïîääåðæèâàþò ïîñòîÿííûìè èëè èçìåíÿþò âî âðåìåíè
ïî îïðåäåëåííîìó çàêîíó.
Ïðè ýêñïëóàòàöèè óñòðîéñòâà ðàçëè÷àþò ñëåäóþùèå
ðåæèìû: ñîðáöèîííûé, êàòàëèòè÷åñêèé è ðåæèì ïðîíèöàåìîñòè.  ñîðáöèîííîì âàðèàíòå â êàìåðû 1à è 1b ïîäàåòñÿ îäèíàêîâàÿ ñìåñü âåùåñòâ, êîìïîíåíòû êîòîðîé
äèôôóíäèðóþò ñêâîçü íåïîäâèæíûå ìåìáðàíû, ïîãëîùàþòñÿ ñëîåì M2 è óíîñÿòñÿ â êàìåðó II. Â ðåæèìå ïðîíèöàåìîñòè ðàçäåëÿåìàÿ ñìåñü ïîäàåòñÿ â îäíó èç êàìåð, â
òî âðåìÿ êàê äðóãàÿ ïðîìûâàåòñÿ ãàçîì-íîñèòåëåì èëè
íåïðåðûâíî âàêóóìèðóåòñÿ. Ïðè ýòîì ðàçäåëÿåìàÿ ñìåñü
âåùåñòâ ñåëåêòèâíî äèôôóíäèðóåò ñêâîçü ìåìáðàíó Ì1 â
ïîäâèæíûé ñëîé. Áûñòðî äèôôóíäèðóþùèå è ïëîõî ðàñòâîðèìûå â âåùåñòâå ïîäâèæíîé ìåìáðàíû êîìïîíåíòû
ñìåñè ïðîõîäÿò «ñàíäâè÷» íàñêâîçü è ÷åðåç ìåìáðàíó
Ì3 âûäåëÿþòñÿ â êàìåðó 1b. Ìåäëåííî äèôôóíäèðóþùèå è õîðîøî ðàñòâîðèìûå êîìïîíåíòû ñìåñè ôëþèäîâ
óâëåêàþòñÿ ïîäâèæíîé ìåìáðàíîé â ÿ÷åéêó II.
Êîíâåðñèÿ âåùåñòâ ðåàëèçóåòñÿ òðåìÿ ñïîñîáàìè. Â
ñîðáöèîííîì ðåæèìå èñõîäíàÿ ñìåñü ïîäàåòñÿ íà îáå
ïîâåðõíîñòè «ñàíäâè÷à». Ïîä äåéñòâèåì êàòàëèçàòîðîâ â
ìåìáðàíàõ Ì1, Ì2 è Ì3 êîìïîíåíòû ñìåñè íà÷èíàþò
âçàèìîäåéñòâîâàòü äðóã ñ äðóãîì èëè ñ àêòèâíûìè öåíòðàìè ìåìáðàí. Â õîäå ðåàêöèîííîé äèôôóçèè ïðîèñõîäèò êàê ðàçäåëåíèå êîìïîíåíòîâ ñìåñè ôëþèäîâ, òàê è èõ
ïåðåðàáîòêà â äðóãèå âåùåñòâà. Â ðåæèìå ïðîíèöàåìîñòè
ðåàêöèîííàÿ ñìåñü ïîäàåòñÿ íà îäíó èç ñòîðîí «ñàíäâè÷à».  ðåæèìå âñòðå÷íîé äèôôóçèè ó÷àñòíèêè ðåàêöèè
ïîñòóïàþò íà ðàçíûå ïëîñêîñòè «ñàíäâè÷à». Îíè äèôôóíäèðóþò ñêâîçü íåïîäâèæíûå ìåìáðàíû, âñòðå÷àþòñÿ
è ðåàãèðóþò äðóã ñ äðóãîì â âåùåñòâå êàòàëèòè÷åñêè àêòèâíîãî ïîäâèæíîãî ñëîÿ. Ïðîäóêòû ðåàêöèè ÷àñòè÷íî
âûäåëÿþòñÿ ñêâîçü ìåìáðàíû Ì1 è Ì3, ÷àñòè÷íî óíîñÿòñÿ â ÿ÷åéêó II.
 áàçîâîì ðåæèìå ýêñïëóàòàöèè îáîðóäîâàíèÿ êîíöåíòðàöèÿ âåùåñòâà íà âõîäå â ÿ÷åéêó I ïîääåðæèâàåòñÿ
ïîñòîÿííîé. Íî èíîãäà èñïîëüçóþòñÿ è íåñòàöèîíàðíûå
ðåæèìû [5, 6]. Íàïðèìåð, â èìïóëüñíîì âàðèàíòå íà âõîä
«ñàíäâè÷à» ðàçäåëÿåìàÿ ñìåñü ïîäàåòñÿ â âèäå ïðÿìîóãîëüíîãî èìïóëüñà èëè ñåðèè èìïóëüñîâ.  ìåòîäå êîíöåíòðàöèîííûõ âîëí êîíöåíòðàöèÿ ñìåñè èçìåíÿåòñÿ âî
âðåìåíè ïî ñèíóñîèäàëüíîìó çàêîíó. Âîçìîæíî îñóùåñòâëåíèå âñòðå÷íîé äèôôóçèè êîìïîíåíòîâ â ðåæèìå
äâóõ èíòåðôåðèðóþùèõ êîíöåíòðàöèîííûõ âîëí, êàæäàÿ
ñî ñâîåé ÷àñòîòîé, àìïëèòóäîé è ñäâèãîì ôàçû. Äðóãîé
409
íåñòàöèîíàðíûé âàðèàíò – ïîñòîÿííàÿ êîíöåíòðàöèÿ ãàçîâîé ñìåñè ïðè èçìåíÿþùåéñÿ âî âðåìåíè (íàïðèìåð,
ïóëüñèðóþùåé) ñêîðîñòè äâèæåíèÿ ïîäâèæíîãî êîìïîíåíòà èëè ãàðìîíè÷åñêîå êîëåáàíèå êîíöåíòðàöèè àêòèâíîãî êîìïîíåíòà â ïîäâèæíîì ñëîå. Ýôôåêòèâíî ñî÷åòàíèå êîíöåíòðàöèîííûõ âîëí ðàçäåëÿåìîé ñìåñè ñ êîíöåíòðàöèîííûìè âîëíàìè â ïîäâèæíîì ñëîå.
Äèôôóçèîííàÿ ÿ÷åéêà II (äåñîðáåð) òàêæå ïðåäñòàâëÿåò
ñîáîé êàìåðó, ðàçäåëåííóþ «ñàíäâè÷åì» íà äâå ïîëîâèíû (2à è 2b). Íåïîäâèæíûå ìåìáðàíû Ì4 è Ì5 îòëè÷àþòñÿ êàê äðóã îò äðóãà, òàê è îò ìåìáðàí Ì1 è Ì3. Ïîäâèæíûé íîñèòåëü èìååò òîò æå ñîñòàâ, ÷òî è â ÿ÷åéêå I,
õîòÿ èçâåñòíû óñòðîéñòâà, ãäå äëÿ àáñîðáåðà è äåñîðáåðà
èñïîëüçóþò ðàçëè÷íûå íîñèòåëè. Ïëîùàäè ìåìáðàí â
ÿ÷åéêàõ I è II, êàê ïðàâèëî, ðàçíûå. Ñêîðîñòü äâèæåíèÿ
ïîäâèæíîãî ñëîÿ â ÿ÷åéêå II ìîæåò îòëè÷àòüñÿ îò ñêîðîñòè åãî äâèæåíèÿ â ÿ÷åéêå I. Òåìïåðàòóðû ÿ÷ååê òàêæå íå
îäèíàêîâû ( ÒII ≠ ÒI ).
Îáû÷íî äåñîðáöèîííàÿ ÿ÷åéêà II ðàáîòàåò â ðåæèìå
äåãàçàöèè (ïðè ðàáîòå ñ ãàçîîáðàçíûìè ñìåñÿìè ôëþèäîâ) ëèáî â ðåæèìå ðåýêñòðàêöèè (ðàçäåëåíèå ñìåñè æèäêîñòè). Îñíîâíîå íàçíà÷åíèå ÿ÷åéêè II – èçâëå÷åíèå öåëåâûõ êîìïîíåíòîâ èç æèäêîãî íîñèòåëÿ, î÷èñòêà åãî îò ïîñòîðîííèõ âåùåñòâ è ïîëó÷åíèå êîíå÷íûõ ïðîäóêòîâ.
Äàâëåíèå ãàçîâ â êàìåðàõ 2à è 2b ðàçëè÷íî, íî â îáîèõ
ñëó÷àÿõ, êàê ïðàâèëî, ïîääåðæèâàåòñÿ íèçêèì è ïîñòîÿííûì. Ïðè ðàáîòå ñî ñìåñÿìè æèäêîñòåé ðåýêñòðàêöèþ
ïðîâîäÿò â ïîòîêàõ ñïåöèàëüíûì îáðàçîì ïîäîáðàííûõ
æèäêîñòåé (ðàçíûõ ñ ðàçíûõ ñòîðîí «ñàíäâè÷à»).
 ïðîòî÷íîì ðåæèìå ðàáîòû ÌÀ ïîäâèæíûé ñëîé
óíîñèò êîìïîíåíòû ðàçäåëÿåìîé ñìåñè èç ÿ÷åéêè I â
ÿ÷åéêó II, ãäå îíè îòäåëÿþòñÿ îò íîñèòåëÿ. Ïðè ýòîì ñàì
íîñèòåëü óäàëÿåòñÿ èç ñèñòåìû.  öèðêóëÿöèîííîì ðåæèìå ïîäâèæíûé íîñèòåëü ïîñëå âûõîäà èç ÿ÷åéêè II ñíîâà
ïîäàåòñÿ íà âõîä ÿ÷åéêè I. Öèðêóëÿöèîííûé ðåæèì ïîçâîëÿåò ýêîíîìèòü âåùåñòâî íîñèòåëÿ.
ÌÊ ñ ïîäâèæíûì ñëîåì îáëàäàåò áîëüøèì ÷èñëîì
ñòåïåíåé ñâîáîäû, ÷òî îáåñïå÷èâàåò åãî òåõíîëîãè÷åñêóþ
ãèáêîñòü.  õîäå îïòèìèçàöèè óñòðîéñòâà âîçìîæåí ïîäáîð ïÿòè òèïîâ ìåìáðàí, äâóõ çíà÷åíèé òåìïåðàòóð, ïëîùàäåé ïîâåðõíîñòè è äëèí «ñàíäâè÷åé», òîëùèí ïÿòè
ìåìáðàí, ÷åòûðåõ çíà÷åíèé äàâëåíèé â êàìåðàõ è ò.ï. Íî
îñîáåííî öåííîé ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü îáåñïå÷åíèÿ ðàçëè÷íûõ ìåõàíèçìîâ ñîðáöèè, ðàñòâîðåíèÿ è äèôôóçèè
íèçêîìîëåêóëÿðíûõ âåùåñòâ â ðàáî÷èõ ýëåìåíòàõ.
Ìåìáðàííûé ïåðìàáñîðáåð (ÌÏÀ) ïðåäíàçíà÷åí äëÿ
ðàçäåëåíèÿ ñìåñè äâóõ ãàçîâ è ñîñòîèò èç äâóõ ÿ÷ååê (àáñîðáöèîííîé è äåñîðáöèîííîé), ìåæäó êîòîðûìè öèðêóëèðóåò æèäêèé àáñîðáåíò (ðèñ. 2) [7–11]. Óñòðîéñòâî
ñíàáæåíî ñïåöèàëüíîé êàìåðîé äëÿ ðåãåíåðàöèè íîñèòåëÿ. Íàëè÷èå áàéïàñíîé ëèíèè ïîçâîëÿåò ðàáîòàòü ñ ðàçëè÷íûìè ñêîðîñòÿìè äâèæåíèÿ ïîäâèæíîãî ñëîÿ â àáñîðáåðå è äåñîðáåðå èëè âîîáùå îòêëþ÷èòü äåñîðáåð.
Îãðàíè÷èìñÿ ñëó÷àåì èñïîëüçîâàíèÿ äâóõ îäèíàêîâûõ
àñèììåòðè÷íûõ ïîëèìåðíûõ ìåìáðàí. Àñèììåòðè÷íàÿ
ìåìáðàíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òîíêèé ñïëîøíîé ðàáî÷èé ñëîé (òîëùèíà ñëîÿ 0.5 ìê), ðàñïîëîæåííûé íà ïîðèñòîé ïîäëîæêå òîëùèíîé 100 ìê.  àñèììåòðè÷íîé
ìåìáðàíå ñ íåïîðèñòûì ðàáî÷èì ñëîåì äèôôóçèîííîãî
410
Ðèñ. 2. Ñõåìà ìåìáðàííîãî ïåðìàáñîðáåðà: 1 – àáñîðáöèîííàÿ
ÿ÷åéêà; 2 – äåñîðáöèîííàÿ ÿ÷åéêà; 3 – öèðêóëÿöèîííûé íàñîñ;
4 – íàãðåâàòåëü æèäêîñòè; 5 – îõëàäèòåëü æèäêîñòè; 6 – ñèñòåìà
ðåãåíåðàöèè æèäêîãî íîñèòåëÿ
òèïà êàê ñëîé, òàê è ïîäëîæêà èçãîòàâëèâàþòñÿ èç îäíîãî è òîãî æå ïîëèìåðà, íàïðèìåð ïîëèâèíèëòðèìåòèëñèëàíà (ÏÂÒÌÑ).
Èñõîäíàÿ ñìåñü ãàçîâ ïðîõîäèò íàä ïîëèìåðíîé ìåìáðàíîé â àáñîðáöèîííîé ÿ÷åéêå. Íàèáîëåå ëåãêî ïðîíèêàþùèé êîìïîíåíò ãàçîâîé ñìåñè ñåëåêòèâíî äèôôóíäèðóåò ÷åðåç ïîëèìåðíóþ ìåìáðàíó â äâèæóùóþñÿ ïîä íåé
æèäêîñòü, ïîãëîùàåòñÿ ýòîé æèäêîñòüþ è óíîñèòñÿ åþ â
äåñîðáöèîííóþ ÿ÷åéêó. Äåãàçàöèÿ æèäêîñòè ïðîõîäèò â
äåñîðáöèîííîé ìåìáðàííîé ÿ÷åéêå ÷åðåç âòîðóþ ïîëèìåðíóþ ìåìáðàíó. Èç äåñîðáåðà âûõîäèò â îñíîâíîì
âûñîêîïðîíèöàåìûé êîìïîíåíò ãàçîâîé ñìåñè (äåñîðáàò).
Ïëîõî ïðîíèêàþùèé êîìïîíåíò ãàçîâîé ñìåñè óäàëÿåòñÿ
èç àáñîðáöèîííîé ÿ÷åéêè (ðåòåíòàò).
Ôåíîìåíîëîãè÷åñêàÿ òåîðèÿ ñåëåêòèâíîé äèôôóçèè
ïîäðîáíî ðàññìîòðåíà â ðàáîòàõ [2, 12, 13]. Ïîêàçàíî,
÷òî â ìåìáðàííîì àáñîðáåðå ïðîòî÷íîãî ðåæèìà ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîãî íîñèòåëÿ, ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ñíà÷àëà óâåëè÷èâàåòñÿ, äîñòèãàåò ìàêñèìóìà
è çàòåì ìåäëåííî ïàäàåò. Ôàêòîð ðàçäåëåíèÿ α çàâèñèò îò
ñêîðîñòè äâèæåíèÿ íîñèòåëÿ, ñóùåñòâóåò ñêîðîñòü, ïðè
êîòîðîé ôàêòîð ðàçäåëåíèÿ äîñòèãàåò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ. Ïîëîæåíèå ìàêñèìóìà çàâèñèò îò âåëè÷èíû êîíñòàíòû ðàñòâîðèìîñòè öåëåâîãî ãàçà â æèäêîé ñðåäå, à
åãî àáñîëþòíîå çíà÷åíèå îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîé ïîòîêà
ïåíåòðàíòà ÷åðåç ìåìáðàíó. Ñóùåñòâóþò äâå ñêîðîñòè
äâèæåíèÿ æèäêîñòè, ïðè êîòîðûõ ôàêòîð ñåëåêòèâíîñòè
ðàâåí åäèíèöå, ò.å. ðàçäåëåíèÿ ãàçîâ íå ïðîèñõîäèò. Ïðè
ìîíîòîííîì óâåëè÷åíèè ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîãî íîñèòåëÿ ïðîöåññ ðàçäåëåíèÿ ïðåòåðïåâàåò èíâåðñèþ. Ïðè
ìàëûõ ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ íîñèòåëÿ ïîòîê íà âûõîäå
ÌÏÀ îáîãàùåí ãàçîì B, ïðè ñðåäíèõ ñêîðîñòÿõ – ãàçîì
A, à ïðè âûñîêèõ – ãàçîì Á. Ïðè ñêîðîñòÿõ, ñïîñîáñòâóþùèõ îáîãàùåíèþ âûõîäíîãî ïðîäóêòà ãàçîì Â, ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ÌÏÀ î÷åíü ìàëà. Åñëè æèäêîñòü íåñïîñîáíà
äåëèòü ãàçîâóþ ñìåñü (êîíñòàíòû ðàñòâîðèìîñòè ãàçîâ â
æèäêîñòè îäèíàêîâû), òî ÌÏÀ âñå æå ñïîñîáåí îñóùåñòâèòü ðàçäåëåíèå çà ñ÷åò ñåëåêòèâíûõ õàðàêòåðèñòèê ïîëèìåðíîé ìåìáðàíû. Ïðè áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ
ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1999. Ò. 40. ¹ 6
íîñèòåëÿ ôàêòîð ñåëåêòèâíîñòè ïðîòî÷íîãî ìåìáðàííîãî
àáñîðáåðà ðàâåí êâàäðàòó ñåëåêòèâíîñòè èñõîäíîé ïîëèìåðíîé ìåìáðàíû.
B öèðêóëÿöèîííîì ðåæèìå ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ÌÏÀ
ñ ðîñòîì ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîãî àáñîðáåíòà óâåëè÷èâàåòñÿ, ñòðåìÿñü ê ïîñòîÿííîìó çíà÷åíèþ. Ñ ðîñòîì
ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîãî íîñèòåëÿ ôàêòîð ðàçäåëåíèÿ
ìîíîòîííî óìåíüøàåòñÿ, èçìåíÿÿñü îò ðàçäåëèòåëüíîé
ñïîñîáíîñòè íîñèòåëÿ äî ðàçäåëèòåëüíîé ñïîñîáíîñòè ïîëèìåðíîé ìåìáðàíû, ò.å. ïðè ìàëûõ ñêîðîñòÿõ ñåëåêòèâíîñòü ãàçîðàçäåëåíèÿ öèðêóëÿöèîííûì ìåìáðàííûì àáñîðáåðîì îïðåäåëÿåòñÿ òåðìîäèíàìè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè
æèäêîé ôàçû, à ïðè âûñîêèõ – ñåëåêòèâíûìè ñâîéñòâàìè
ïîëèìåðíîé ìåìáðàíû. Åñëè ìåìáðàíà íå ñåëåêòèâíà ê
äàííîé ñìåñè ãàçîâ, òî ïðè áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ
æèäêîñòè ðàçäåëåíèå íå ïðîèñõîäèò. Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü
ÌÏÀ â öèðêóëÿöèîííîì ðåæèìå âûøå, ÷åì â ïðîòî÷íîì. Îäíàêî äèàïàçîí èçìåíåíèé ôàêòîðà ñåëåêòèâíîñòè
â ïðîòî÷íîì ðåæèìå áîëüøå, ÷åì â öèðêóëÿöèîííîì.
Ñåëåêòèâíûé ìåìáðàííûé çàòâîð (ÑÌÇ) ïðåäíàçíà÷åí
äëÿ ðàçäåëåíèÿ ñìåñè òðåõ ãàçîâ [14–18]. Îí ñîñòîèò èç
äâóõ ìîäóëåé: ïåðìåàòîðà è äåñîðáåðà (ðèñ. 3). Ïåðìåàòîð ðàçäåëåí íà äâå ãàçîâûå êàìåðû äâóìÿ ñåëåêòèâíûìè
ïîëèìåðíûìè ìåìáðàíàìè, ìåæäó êîòîðûìè äâèæåòñÿ
òîíêèé ñëîé æèäêîãî àáñîðáåíòà. Êîìïîíåíò ãàçîâîé ñìåñè, õîðîøî ðàñòâîðèìûé â æèäêîñòè, óâëåêàåòñÿ åþ â äåñîðáåð. Ãàç, íå ðàñòâîðèìûé â ìåìáðàíå, ïðîõîäèò íàä
íåé (ðåòåíòàò), áûñòðî ïðîíèêàþùèé ãàç èäåò ñêâîçü
«ñàíäâè÷» (ïåðìåàò), à õîðîøî ðàñòâîðèìûé â æèäêîñòè
ãàç óíîñèòñÿ â äåñîðáåð (äåñîðáàò). ÑÌÇ ìîæåò ôóíêöèîíèðîâàòü â ÷åòûðåõ ðåæèìàõ: ïðîòî÷íîì (ñ äåñîðáåðîì
èëè áåç íåãî) è öèðêóëÿöèîííîì (ñ äåñîðáåðîì èëè áåç
íåãî).
Ìàòåìàòè÷åñêèé àïïàðàò ÑÌÇ ïðèâåäåí â ðàáîòàõ [2,
19–21].  ïðîòî÷íîì ðåæèìå ïðè áîëüøèõ ñêîðîñòÿõ äâèæåíèÿ æèäêîñòè ïîòîê ãàçà ÷åðåç «ñàíäâè÷» ìîæåò áûòü
ïîëíîñòüþ îñòàíîâëåí (çàòâîð çàêðûò). Ïðè óâåëè÷åíèè
Ðèñ. 3. Ñõåìà ìåìáðàííîãî ñåëåêòèâíîãî çàòâîðà: 1 – ïåðìåàòîð;
2 – äåñîðáåð; 3 – öèðêóëÿöèîííûé íàñîñ
ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1999. Ò. 40. ¹ 6
ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîãî íîñèòåëÿ ôàêòîð ñåëåêòèâíîñòè èçìåíÿåòñÿ îò çíà÷åíèé ñåëåêòèâíîñòè ïîëèìåðíîé
ìåìáðàíû äî çíà÷åíèé ñåëåêòèâíîñòè æèäêîñòè.  îòëè÷èå îò îáû÷íîãî ìåìáðàííûé çàòâîð íå òîëüêî óïðàâëÿåò
ïîòîêîì ãàçà ñêâîçü íåãî, íî è èçìåíÿåò ñîñòàâ ãàçîâîé
ñìåñè. Èçìåíÿÿ ïîòîê æèäêîñòè, ìîæíî èçìåíèòü ñîñòàâ
ãàçîâîé ñìåñè íà âûõîäå èç ïåðìåàòîðà è äîñòèãíóòü îïòèìàëüíîãî ñî÷åòàíèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè è ñåëåêòèâíîñòè. Ïðè ðîñòå ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîñòè ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ÑÌÇ ïî äåñîðáàòó ïàäàåò. ÑÌÇ äåëèò äàæå òå
ãàçîâûå ñìåñè, êîìïîíåíòû êîòîðûõ â ñòàöèîíàðíîì ñîñòîÿíèè íå ñåïàðèðóþòñÿ íè ïîëèìåðíûìè ìåìáðàíàìè,
íè æèäêîñòüþ. Ðàçäåëåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ çà ñ÷åò ðàçíèöû â êîýôôèöèåíòàõ äèôôóçèè ãàçîâ â ìàòåðèàëå ìåìáðàíû. Òîò ôàêò, ÷òî ÑÌÇ ïîçâîëÿåò îïåðèðîâàòü äâóìÿ
çíà÷åíèÿìè ôàêòîðîâ ñåëåêòèâíîñòè (â ïåðìåàòîðå è äåñîðáåðå), ñóùåñòâåííî ðàñøèðÿåò âîçìîæíîñòè åãî ïðèìåíåíèÿ.  îòëè÷èå îò ïðîòî÷íîãî, â öèðêóëÿöèîííîì
ðåæèìå ïîòîê ïåðìåàòà íèêîãäà íå ìîæåò áûòü ïîëíîñòüþ îñòàíîâëåí.
Ìàòåìàòè÷åñêèé àïïàðàò íåñòàöèîíàðíîé äèôôóçèè
íèçêîìîëåêóëÿðíûõ âåùåñòâ â «àêòèâíûõ» (ò.å. ñïîñîáíûõ
ê âçàèìîäåéñòâèþ ñ ïåíåòðàíòîì) ïîëèìåðíûõ ìåìáðàíàõ
ïîäðîáíî ðàññìîòðåí â ðàáîòàõ [22–25], à ôåíîìåíîëîãè÷åñêàÿ òåîðèÿ ìàññîïåðåíîñà â ïðîòî÷íûõ ìåìáðàííûõ
êîíòàêòîðàõ ñ àêòèâíûì æèäêèì íîñèòåëåì – â ðàáîòàõ
[26, 27].
 íàñòîÿùåå âðåìÿ ðàçðàáîòàíû è èñïûòàíû ïîëóïðîìûøëåííûå ìåìáðàííûå êîíòàêòîðû ðàçëè÷íîãî òèïà.
Îñíîâíîé îñîáåííîñòüþ ïîäîáíûõ óñòàíîâîê ÿâëÿåòñÿ
óïàêîâêà íåñêîëüêèõ äåñÿòêîâ ìåìáðàííûõ ÿ÷ååê òèïà
ãàç – ìåìáðàíà – æèäêîñòü â îäèí ìîäóëü (ðèñ. 4). ß÷åéêè ìîæíî ñîåäèíÿòü ïîñëåäîâàòåëüíî èëè ïàðàëëåëüíî,
îðãàíèçóÿ ãàçîðàçäåëèòåëüíûå êàñêàäû. Èñïîëüçîâàíèå
ðàçëè÷íûõ ïîëèìåðíûõ ìåìáðàí è ðàçëè÷íûõ òèïîâ æèäêîñòåé ïîçâîëÿåò ïðèìåíÿòü ïîäîáíûé ìîäóëü äëÿ ðàçäåëåíèÿ ìíîãîêîìïîíåíòíûõ ãàçîâûõ ñìåñåé.
Ðèñ. 4. Áëîê-ñõåìà àáñîðáöèîííîãî ìîäóëÿ ïðîìûøëåííîãî ìåìáðàííîãî êîíòàêòîðà ñ ïðîòî÷íûì æèäêèì íîñèòåëåì: 1 – ïîëîñòè äëÿ ãàçà, 2 – ïîëîñòè äëÿ æèäêîñòè
411
Ïðè ìàòåìàòè÷åñêîì îïèñàíèè ìàññîïåðåíîñà â ïðîìûøëåííûõ ÌÈÑ îñíîâíàÿ òðóäíîñòü çàêëþ÷àåòñÿ â íåîáõîäèìîñòè ó÷åòà ïðîäîëüíîé è ïîïåðå÷íîé äèôôóçèè
ãàçà â ìîäóëå è ïàäåíèÿ êîíöåíòðàöèè ãàçà ïðè ïðîõîæäåíèè èñõîäíîé ñìåñè íàä äëèííûì ìåìáðàííûì «ñàíäâè÷åì». Àíàëèç ïðîáëåìû ïîêàçàë, ÷òî ðåøàþùåå çíà÷åíèå èìååò îòíîñèòåëüíîå íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ ãàçà è
æèäêîñòè â àáñîðáåðå è äåñîðáåðå [20]. Íàïðèìåð, â ïðîòî÷íîì ÌÏÀ â ðåæèìå ïîòîêà, êîãäà íàïðàâëåíèÿ äâèæåíèÿ ãàçà è æèäêîñòè ñîâïàäàþò, ïðè áîëüøîé ñêîðîñòè
äâèæåíèÿ æèäêîñòè ïàðàìåòðû ìàññîïåðåíîñà îïðåäåëÿþòñÿ ñâîéñòâàìè ìåìáðàíû è ñêîðîñòüþ ïîäà÷è èñõîäíîé ãàçîâîé ñìåñè. Ïðîòèâîòîê (ïðîòèâîïîëîæíûå íàïðàâëåíèÿ äâèæåíèÿ æèäêîñòè è ãàçà) ÿâëÿåòñÿ áîëåå ýôôåêòèâíûì ðåæèìîì äëÿ îòáîðà öåëåâîãî êîìïîíåíòà.
ÌÊ ñ ïîäâèæíûì æèäêèì íîñèòåëåì è ïîëèìåðíûìè
àñèììåòðè÷íûìè ìåìáðàíàìè ñî ñïëîøíûì (íåïîðèñòûì) ðàáî÷èì ñëîåì ïðèìåíÿþòñÿ â ïðîìûøëåííîñòè
äëÿ ïåðåðàáîòêè ãàçîâûõ ñìåñåé, ðàçäåëåíèå êîòîðûõ çàòðóäíåíî òðàäèöèîííûìè ìåòîäàìè. Òàê, ïðèìåíåíèå
ÌÏÀ ñ àñèììåòðè÷íîé ìåìáðàíîé èç ÏÂÒÌÑ è òàêèõ
æèäêèõ íîñèòåëåé, êàê âîäà, í-áóòèëîâûé ñïèðò, 20%-é ðàñòâîð ìîíîýòàíîëàìèíà (ÌÝÀ) â âîäå, 1N ðàñòâîð Ê2ÑÎ3
â âîäå ïîçâîëÿåò ðàçäåëèòü ñìåñü ÑÎ2 – ÑÍ4 ñ ôàêòîðîì
ñåëåêòèâíîñòè ~1000 (ïðè òðàäèöèîííîé ìåìáðàííîé òåõíîëîãèè ñ ìåìáðàíîé èç ÏÂÒÌÑ ôàêòîð ñåëåêòèâíîñòè
ñîñòàâëÿåò 10, ïðè ñîðáöèîííîì ìåòîäå – 25). Ïðè ðàçäåëåíèè áèîãàçà ñîñòàâà 62% CÍ4 – 38% CO2 ÷èñòîòà ïîëó÷àåìûõ ÑÍ4 è ÑÎ2 ñîñòàâëÿåò 96 è 98% ñîîòâåòñòâåííî.
Ïðè ðàçäåëåíèè ñìåñè ÑÎ2 – Î2 ÷èñòîòà ÑÎ2 ñîñòàâëÿåò
99.7% [7, 8, 28].
Èñïîëüçîâàíèå òåõ æå æèäêèõ íîñèòåëåé ïîçâîëèëî
ðàçäåëèòü êîìïîíåíòû âîçäóõà (îáîãàùåíèå ïî Î2 65%
[7]). Åñëè â õîäå ðàçäåëåíèÿ ãàçîâ òåìïåðàòóðû â àáñîðáåðå è äåñîðáåðå ïîääåðæèâàòü ðàçëè÷íûìè, òî ôàêòîðû
ñåëåêòèâíîñòè ñòàíîâÿòñÿ åùå âûøå. Õîðîøèå ðåçóëüòàòû
äàåò èñïîëüçîâàíèå â êà÷åñòâå íîñèòåëÿ Î2 ñîåäèíåíèé
Ñî(II). Ñóùåñòâóåò áîëüøîå ðàçíîîáðàçèå ïîäîáíûõ ñîåäèíåíèé (Øèôîâû îñíîâàíèÿ), ðàçëè÷àþùèõñÿ õèìè÷åñêèì ñîñòàâîì, ñïèíîâûì ñîñòîÿíèåì êîáàëüòà, òèïîì ðàñòâîðèòåëÿ è ò.ï. Íàïðèìåð, êîìïëåêñ Ñî(II) ñ α-α′-äèïèðèäèëîì è äîïîëíèòåëüíûì îñíîâàíèåì è ìåìáðàíà èç
ïîëèäèìåòèëñèëîêñàíà (ÏÄÌÑ) äàþò ïîòîê âîçäóõà èç äåñîðáåðà ñ êîíöåíòðàöèåé Î2 70 îá.%. ÑÌÇ ñ ìåìáðàíîé
èç ÏÂÒÌÑ è 25%-ì âîäíûì ðàñòâîðîì ìîíîýòàíîëàìèíà
óñïåøíî ïðèìåíÿþò äëÿ ðàçäåëåíèÿ òðåõêîìïîíåíòíîé ãàçîâîé ñìåñè ñîñòàâà 40% ÑÎ2, 30% ÑÍ4 è 30% Í2. Íà âûõîäå èç ÑÌÇ ïîëó÷åíû Í2, CH4 è CO2 ÷èñòîòîé 99. 94 è
75% ñîîòâåòñòâåííî [14, 18, 29].
ÌÏÀ ñ ïîäâèæíûì ïåðåíîñ÷èêîì (íèòðàò ñåðåáðà)
ïðèìåíåí äëÿ ðàçäåëåíèÿ ñìåñè ìåòàí – ýòèëåí [30–33].
Èîíû ñåðåáðà ñïîñîáíû îáðàòèìî âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ
ýòèëåíîì, ñîäåðæàùèì C=C-ñâÿçü, ÷òî ïðèâîäèò ê ðåçêîìó óâåëè÷åíèþ åãî ïîòîêà èç äåñîðáåðà. Ïðè îïòèìàëüíîì âûáîðå òåìïåðàòóð àáñîðáöèîííîãî è äåñîðáöèîííîãî ìîäóëåé, ñêîðîñòè òå÷åíèÿ æèäêîñòè, êîíöåíòðàöèè
êîìïëåêñîîáðàçîâàòåëÿ â ðàñòâîðå óäàåòñÿ ïîëíîñòüþ
î÷èñòèòü ýòèëåí îò ìåòàíà. Ìåòîäèêà ïîäõîäèò äëÿ ðàçäåëåíèÿ ëþáûõ ñìåñåé, ñîñòîÿùèõ èç íàñûùåííûõ è íåíà-
412
ñûùåííûõ óãëåâîäîðîäîâ (àëêåíû – àëêàíû). Äëÿ ðàçäåëåíèÿ îëåôèíñîäåðæàùèõ ñìåñåé èñïîëüçóþò âîäó, âîäíûå
ðàñòâîðû àçîòíîêèñëîãî ñåðåáðà èëè õëîðèñòîé ìåäè,
õëîðèñòîãî àììîíèÿ è ñîëÿíîé êèñëîòû. Ýôôåêòèâíîñòü
ïðîöåññîâ ðàçäåëåíèÿ áèíàðíîé ñìåñè ýòàí – ýòèëåí
ìîæíî âàðüèðîâàòü ïóòåì èçìåíåíèÿ ñêîðîñòè äâèæåíèÿ
æèäêîãî íîñèòåëÿ, ïëîùàäè ìåìáðàíû, êîíöåíòðàöèè ñåëåêòèâíîãî íîñèòåëÿ â æèäêîñòè, òåìïåðàòóðû æèäêîãî
íîñèòåëÿ, ãàçîðàçäåëèòåëüíûõ ñâîéñòâ ïîëèìåðíîé ìåìáðàíû. Èñïîëüçîâàíèå ËÅÑÒÎÑÈËà òîëùèíîé 2 ìê, âîäíîãî ðàñòâîðà AgNO3 êîíöåíòðàöèåé 26.7 ìàñ.% (òåìïåðàòóðà àáñîðáåðà è äåñîðáåðà 20 è 45° ñîîòâåòñòâåííî) ïðè
2
îäèíàêîâîé ïëîùàäè ìåìáðàí 0.57 ì è ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîñòè 0.8 ìë/ñ îáåñïå÷èëî ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïî
–4
ç
2
ýòèëåíó 8.0.10 ñì /ñì .ñ.ñì ðò.ñò.), ôàêòîð ñåëåêòèâíîñòè
93 è ÷èñòîòó ýòèëåíà 99.4 îá.%.  íåêîòîðûõ ðåæèìàõ
ôàêòîð ñåëåêòèâíîñòè äîñòèãàë 500, íî ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ïðè ýòîì áûëà äîñòàòî÷íî íèçêîé.
Âûäåëåíèå ýòèëåíà è ïðîïèëåíà – âàæíåéøàÿ ïðîáëåìà ñîâðåìåííîé íåôòåõèìèè. Ââèäó áëèçîñòè ìîëåêóëÿðíûõ ðàçìåðîâ è äðóãèõ ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ ñâîéñòâ ðàçäåëåíèå ñìåñè îëåôèíîâ è ïàðàôèíîâ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé
ñëîæíóþ çàäà÷ó. Â ðàáîòàõ [27, 34, 35] ÌÏÀ ñ òåêóùèì
ðàñòâîðîì íèòðàòà ñåðåáðà â ýòèëåíãëèêîëå èñïîëüçîâàí
äëÿ îòäåëåíèÿ âûñîêèõ (Ñ6 – Ñ10) æèäêèõ îëåôèíîâ îò ïàðàôèíîâ. Èîíû ñåðåáðà èëè ìåäè îáðàçóþò π-êîìïëåêñû
ñ îëåôèíàìè, ÷òî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü èõ êàê ñåëåêòèâíûå íîñèòåëè. Ïðèìåíåíèå ìåìáðàíû èç ÏÄÌÑ òîëùèíîé 4 ìê è ðàñòâîðà íèòðàòà ñåðåáðà â ýòèëåíãëèêîëå
ïîçâîëèëî îòäåëèòü 1-ãåêñåí îò í-ãåêñàíà ñ ôàêòîðîì ñåëåêòèâíîñòè 77.
Ìåìáðàííûå àáñîðáåðû óñïåøíî èñïîëüçóþò â âîäîðîäíîé è ÿäåðíîé ýíåðãåòèêå, õèìè÷åñêîé, íåôòåõèìè÷åñêîé è ãàçîâîé ïðîìûøëåííîñòè, áèîòåõíîëîãèè, óòèëèçàöèè ãàçîðàçðÿäíûõ ëàìï. Äëÿ ñèñòåì ýêîëîãè÷åñêîãî ìîíèòîðèíãà íà áàçå ÌÏÀ ðàçðàáàòûâàþòñÿ ñåëåêòèâíûå
äàò÷èêè òîêñè÷íûõ è îïàñíûõ âåùåñòâ, à äëÿ ñèñòåì àâòîìàòèêè – íàòåêàòåëè ãàçîâ ñ èçìåíÿþùèìèñÿ âî âðåìåíè
ïî îïðåäåëåííîìó çàêîíó ñîñòàâàìè ñìåñåé. Ñ ïîìîùüþ
ÌÏÀ îñóùåñòâëÿþòñÿ òàêèå ïðîöåññû, êàê ïðîèçâîäñòâî
ñèíòåòè÷åñêîãî òîïëèâà, ïåðåðàáîòêà áèîãàçà, èçâëå÷åíèå
ÑÎ2 èç âîçäóõà, îêñèãåíàöèÿ-äåîêñèãåíàöèÿ âîäû [36], ñàòóðàöèÿ âîäû óãëåêèñëûì ãàçîì, èçâëå÷åíèå ÑÎ 2, SO 2,
H2S, NO2 è Hg èç ïðîìûøëåííûõ ñáðîñîâ, î÷èñòêà ïî÷âû îò ðòóòè, îòäåëåíèå àììèàêà îò àçîòà, âûäåëåíèå ëåòó÷èõ ìåòàëëîâ èç ãàçîîáðàçíûõ ïðîäóêòîâ ïåðåðàáîòêè áûòîâûõ îòõîäîâ, îñóøêà ïðèðîäíîãî ãàçà è âîçäóõà, ðàçäåëåíèå âîçäóõà íà îòäåëüíûå êîìïîíåíòû, ðåãóëèðîâàíèå
ñîñòàâà âîçäóõà (ïî O2, NOx, CO2, SO2, H2O) â çàêðûòûõ
ïîìåùåíèÿõ (íàïðèìåð, â ñèñòåìàõ æèçíåîáåñïå÷åíèÿ ñàìîëåòîâ è ïîäâîäíûõ ëîäîê) è óñòàíîâêàõ èñêóññòâåííîãî
êëèìàòà, ðàçäåëåíèå ãàçîîáðàçíûõ ïðîäóêòîâ ïèðîëèçà
ïîëèìåðîâ (îáðàçóþùèõñÿ, íàïðèìåð, ïðè ïåðåðàáîòêå
áûòîâûõ îòõîäîâ), î÷èñòêà âîçäóõà îò ãàçîîáðàçíûõ òîêñèíîâ è äð. Ïðåäïðèíèìàþòñÿ ïîïûòêè èñïîëüçîâàíèÿ ÌÀ
äëÿ î÷èñòêè âîä ïðèðîäíûõ âîäîåìîâ.
 ïîñëåäíåå âðåìÿ èíòåíñèâíî èçó÷àåòñÿ âîïðîñ ïðèìåíåíèÿ â ÌÊ ìèêðîáèîëîãè÷åñêèõ íîñèòåëåé. Èçâåñòíî,
÷òî ìíîãèå ìèêðîîðãàíèçìû (âîäîðîñëè, áàêòåðèè) ñïî-
ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1999. Ò. 40. ¹ 6
ñîáíû âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ ìèêðîêîìïîíåíòàìè ãàçîâîé
ñìåñè è òðàíñôîðìèðîâàòü èõ â íîâûå ïîëåçíûå ïðîäóêòû. Ïåðñïåêòèâû èñïîëüçîâàíèÿ áèîêîíâåðòåðîâ ñâÿçàíû
ñ ïðîâåäåíèåì òàêèõ òðàíñôîðìàöèé, êîòîðûå íåâîçìîæíî îñóùåñòâèòü õèìè÷åñêèìè ñïîñîáàìè ïðè îáû÷íîé
òåìïåðàòóðå è äàâëåíèè. Äëÿ ýòèõ öåëåé ìîæíî èñïîëüçîâàòü íåîáû÷àéíî âûñîêóþ èçáèðàòåëüíîñòü áèîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ. ÌÊ ñ äâèæóùèìèñÿ ñóñïåíçèÿìè áèîíîñèòåëåé ðàçëè÷íîãî òèïà â âîäå ïîçâîëÿþò ïåðåðàáàòûâàòü «ïàðíèêîâûå» ãàçû (íàïðèìåð, ÑÎ2) â ýíåðãîíîñèòåëè (âîäîðîä èëè ìåòàí) è â áèîìàññó [37].
Òàêèì îáðàçîì, èíòåãðèðîâàíèå â åäèíóþ ñèñòåìó ìåòîäîâ ìåìáðàííîé òåõíîëîãèè è àáñîðáöèè ïîçâîëèëî äîñòèãíóòü ïîëîæèòåëüíîãî ñèíåðãèçìà è ñîçäàòü âûñîêîýôôåêòèâíûå ãàçîðàçäåëèòåëüíûå óñòðîéñòâà. ÌÊ íàñëåäóþò
òàêèå ïîëîæèòåëüíûå ÷åðòû ìåìáðàííûõ àïïàðàòîâ, êàê
âûñîêàÿ êîìïàêòíîñòü è ãèáêîñòü, ò.å. ïåðåñòðàèâàåìîñòü
êàê ïî ñûðüþ, òàê è ïî êîíå÷íîìó ïðîäóêòó. Òðàäèöèîííûå íåäîñòàòêè ìåìáðàííîé òåõíîëîãèè (ñðàâíèòåëüíî
íèçêàÿ ñåëåêòèâíîñòü è âåñüìà îãðàíè÷åííûé íàáîð ìåìáðàííûõ ìàòåðèàëîâ) êîìïåíñèðóþòñÿ âûñîêîé ñåëåêòèâíîñòüþ àáñîðáöèîííûõ ìåòîäîâ è øèðîêèì íàáîðîì
æèäêèõ (àêòèâíûõ è ïàññèâíûõ) íîñèòåëåé.  ñâîþ î÷åðåäü ìåìáðàííàÿ òåõíîëîãèÿ óñòðàíÿåò òàêîé ñóùåñòâåííûé íåäîñòàòîê àáñîðáöèîííîãî ìåòîäà, êàê êàïëåóíîñ è,
ñëåäîâàòåëüíî, íåîáõîäèìîñòü î÷èñòêè ãàçîîáðàçíîãî
ïðîäóêòà îò ïàðîâ íîñèòåëÿ. Âàæíîå ïðåèìóùåñòâî ÌÊ –
íåçàâèñèìûé êîíòðîëü ñêîðîñòåé äâèæåíèÿ æèäêîé è ãàçîâîé ôàç, íå äîñòèãàåìûé â îáû÷íûõ àáñîðáöèîííûõ êîëîííàõ. Ïðè ýòîì ñêîðîñòü ïðîòîêà îäíîé èç ôàç (ãàçà
èëè æèäêîñòè) îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé ïðè èçìåíåíèè ñêîðîñòè âòîðîé ôàçû. Ñóùåñòâóåò âîçìîæíîñòü çàìåíû îäíîãî æèäêîãî íîñèòåëÿ íà äðóãîé ïðè èñïîëüçîâàíèè îäíîé
è òîé æå ìåìáðàíû. ÌÊ õàðàêòåðèçóåò íåîáû÷àéíî âûñîêàÿ êîìïàêòíîñòü óñòðîéñòâà (îòíîøåíèå ðàáî÷åé ïî–1
âåðõíîñòè ê îáúåìó àïïàðàòà), äîõîäÿùàÿ äî 10 000 ñì ,
è ëåãêîñòü ìàñøòàáèðîâàíèÿ. Ïðèìåíåíèå ñïëîøíîé
ìåìáðàíû îáåñïå÷èâàåò àáñîëþòíóþ ìèêðîáîíåïðîíèöàåìîñòü ñèñòåìû, ÷òî ÷ðåçâû÷àéíî âàæíî ïðè èñïîëüçîâàíèè ÌÊ äëÿ ñîçäàíèÿ ñèñòåì æèçíåîáåñïå÷åíèÿ, â êîòîðûõ òðåáîâàíèå ñòåðèëüíîñòè ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì.
Ñèíåðãèçì ñîâìåùåíèÿ ìåìáðàííîé è àáñîðáöèîííîé
òåõíîëîãèé âîçíèêàåò èç-çà âîçìîæíîñòè îïòèìàëüíîãî
ñî÷åòàíèÿ ãàçîðàçäåëèòåëüíûõ ñâîéñòâ ìàòåðèàëà ìåìáðàíû è æèäêîãî íîñèòåëÿ, èç-çà âîçìîæíîñòè ýôôåêòèâíîãî
óïðàâëåíèÿ ïðîöåññàìè ìàññî- è òåïëîïåðåíîñà â ñèñòåìå, íî ãëàâíûì îáðàçîì èç-çà ïðèâëå÷åíèÿ äîïîëíèòåëüíîé ñòåïåíè ñâîáîäû – ñêîðîñòè äâèæåíèÿ æèäêîãî íîñèòåëÿ, ÷òî ïîçâîëÿåò âîâëå÷ü â ïðîöåññ êâàçèñòàöèîíàðíîãî ðàçäåëåíèÿ òàêîé êèíåòè÷åñêèé ïàðàìåòð, êàê êîýôôèöèåíò äèôôóçèè ãàçà â ìàòåðèàëå ìåìáðàíû. Ðàñòâîðåíèå
è äèôôóçèþ êîìïîíåíòîâ ðàçäåëÿåìîé ãàçîâîé ñìåñè âî
âñåõ êîìïîíåíòàõ ÌÊ ìîæíî ñòèìóëèðîâàòü ýëåêòðè÷åñêèìè è ìàãíèòíûìè ïîëÿìè èëè óëüòðàçâóêîì. ÌÈÑ ïîçâîëÿþò îñóùåñòâèòü ìàññîïåðåíîñ ïðè òåìïåðàòóðíûõ,
ðàäèàöèîííûõ, õèìè÷åñêèõ è ìåõàíè÷åñêèõ âîçäåéñòâèÿõ
íà ðàáî÷èå ýëåìåíòû ñèñòåìû. Ïðè íåîáõîäèìîñòè óâåëè÷åíèÿ ýôôåêòèâíîñòè ðàçäåëåíèÿ (íàïðèìåð, ïðè ñåïàðàöèè ñòåðåîèçîìåðîâ äèîêñèíîâ) ïðèáåãàþò ê ñîçäàíèþ
ÂÅÑÒÍ. ÌÎÑÊ. ÓÍ-ÒÀ. ÑÅÐ. 2. ÕÈÌÈß. 1999. Ò. 40. ¹ 6
êàñêàäîâ.  ñëó÷àå ÌÊ ðàçíîîáðàçèå ïîñòðîåíèÿ êàñêàäîâ äîñòàòî÷íî âåëèêî, ïîñêîëüêó êàñêàäèðîâàíèå âîçìîæíî êàê ïî ãàçîâûì ëèíèÿì, òàê è ïî ïîäâèæíûì íîñèòåëÿì.
Äàëüíåéøåå ðàçâèòèå ÌÈÑ áóäåò, ïî-âèäèìîìó, ñâÿçàíî ñ ñîçäàíèåì ãèáðèäíûõ èíòåãèðîâàííûõ ìåìáðàííûõ
ñèñòåì (ÃÈÌÑ), è â ÷àñòíîñòè êîìáèíèðîâàííûõ ÌÊ. Â
êà÷åñòâå ïðèìåðà ÃÈÌÑ ìîæíî ïðèâåñòè ìåìáðàííûé
çàòâîð, â êîòîðîì âñå ÷åòûðå íåïîäâèæíûå ìåìáðàíû ÿâëÿþòñÿ ðàçëè÷íûìè (ãèáðèäíîñòü ïî ìåìáðàíàì), à æèäêîñòè â ïåðìåàòîðå è äåñîðáåðå òàêæå ðàçëè÷íû (ãèáðèä-
413
íîñòü ïî íîñèòåëþ). Òàêèå óñòðîéñòâà ìîæíî ïðèìåíÿòü
äëÿ ðàçäåëåíèÿ ìíîãîêîìïîíåíòíûõ ñìåñåé. Ïðèìåðîì
êîìáèíèðîâàííîãî ìåìáðàííîãî êîíòàêòîðà ñëóæèò óñòðîéñòâî, îáúåäèíÿþùåå â ñåáå ìåìáðàííóþ àáñîðáöèþ,
ìåìáðàííóþ ýêñòðàêöèþ è ìåìáðàííîå èñïàðåíèå. Îíî
ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ ïåðåðàáîòêè ïðîìûøëåííûõ ñáðîñîâ,
ñîñòîÿùèõ èç äâóõ æèäêîñòåé, â ñâîþ î÷åðåäü ñîäåðæàùèõ äâà ãàçà è èîíû äâóõ òÿæåëûõ ìåòàëëîâ. Âàæíûå ïåðñïåêòèâû ñâÿçàíû ñ ñîçäàíèåì ìåìáðàííûõ ðåàêòîðîâ ñ
êîìïîíåíòàìè èíòåãðèðîâàííûõ ìåìáðàííûõ ñèñòåì, à
òàêæå òåïëîâûõ íàñîñîâ è òîïëèâíûõ ýëåìåíòîâ [38–42].
ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1. Beckman I.N. // Membranes for gas and vapour separation.
Suzdal. 1989. P. 24.
2. Beckman I.N. // Polymeric gas separation membranes (D.R.
Paul, Y.P. Yampolskii). Boca Raton. 1994. P. 301.
3. Beckman I.N., Balek V., Kralicek J. // Patent, Czechoslovakia.
¹244791. 1988.
4. Áåêìàí È.Í., Äçåëìå Þ.Ð. // Àâò. ñâ. ¹1753811. 1992.
5. Áåêìàí È.Í., Øåëåõèí À.Á., Òåïëÿêîâ Â.Â. // ÄÀÍ ÑÑÑÐ.
1989. 308. C. 635.
6. Beckman I.N., Shelekhin A.B., Teplyakov V.V. //J. Membran. Sci.
1991. 55. P. 283.
7. Áåêìàí È.Í., Ãëàäêîâ Â.Ñ., Òåïëÿêîâ Â.Â., Øåëåõèí À.Á. //
Aâò. Câ. ¹1637850. 1991.
8. Áåêìàí È.Í., Ãëàäêîâ Â.Ñ., Òåïëÿêîâ À.Â., Òåïëÿêîâ Â.Â.,
Êóçíåöîâ Ë.Ë. // Ïàò. ÐÔ. ¹014632. 1992.
9. Ãëàäêîâ Â.Ñ., Òåïëÿêîâ Â.Â., Áåêìàí È.Í. //2-é Ìåæäóíàð.
êîíãðåññ «Áèîêîíâåðñèÿ îðãàíè÷åñêèõ îòõîäîâ íàðîäíîãî
õîçÿéñòâà è îõðàíà îêðóæàþùåé ñðåäû».Èâàíî-Ôðàíêîâñê,
1992. C. 120.
10. Shelekhin A.B., Beckman I.N. // J. Membr. Sci. 1992. 73. P. 73.
11. Teplyakov V.V., Beckman I.N., Teplyakov A.V., Netrusov A.I. //
3 rd Conference on bioreactor and bioprocess fluid dinamics.
London, 1993. P. 315.
12. Shelekhin A.B., Beckman I.N. // Membranes and membrane
processes. 2. Chicago, 1990. P. 1419.
13. Øåëåõèí À.Á., Òåïëÿêîâ Â.Â., Áåêìàí È.Í. // ÒOÕÒ. 1992.
26. Ñ. 570.
14. Áåêìàí È.Í., Äçåëìå Þ.Ð., Áåññàðàáîâ Ä.Ã., Òåïëÿêîâ Â.Â. //
Ïàò. PÔ. ¹2056148. 1992.
15. Teplyakov V.V., Beckman I.N. //Membranes and membrane
processes. Haidelberg, 1993. P. 212.
16. Beckman I.N., Bessarabov D.G., Teplyakov V.V., Teplyakov A.V.
// 3 rd Conference on Effective membrane processes. London.
1993. P. 297.
17. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Jacobs E.P., Beckman I.N.,
Teplyakov V.V. // Engeneering of membrane processes:
Environmental Applications. Ciocca. 1994.
18. Áåêìàí È.Í., Áåññàðàáîâ Ä.Ã., Ãëàäêîâ Â.Ñ., Òåïëÿêîâ Â.Â.,
Ñûðöîâà Ä.À. //Ïàò. PÔ. ¹021502. 1993.
19. Áåññàðàáîâ Ä.Ã., Áåêìàí È.Í. //Âåñòí. Ìîñê. óí-òà. Ñåð. 2.
Õèìèÿ. 1993. 34. C. 194.
20. Áåññàðàáîâ Ä.Ã., Áåêìàí È.Í. //Âåñòí. Ìîñê. óí-òà. Ñåð. 2.
Õèìèÿ. 1993. 34. C. 604.
21. Beckman I.N., Bessarabov D.G., Teplyakov V.V. //Ing. Eng.
Chem. Res. 1993. 32. P. 2017.
22. Áåêìàí È.Í., Ðîìàíîâñêèé È.Ï. // Óñï. õèì. 1988. 57.
C. 944.
23. Áåêìàí È.Í. //Âåñòí. Ìîñê. óí-òà. Ñåð. 2. Õèìèÿ. 1997. 38.
C. 202.
24. Áåêìàí È.Í. //Âåñòí. Ìîñê. óí-òà. Ñåð. 2. Õèìèÿ. 1997. 38.
C. 273.
25. Áåëüíîâ Â.Ê., Áåêìàí È.Í. // ÆÔÕ. 1996. 70. C. 1108.
26. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Jacobs E.P., Beckman I.N. //
Progress in membrane science and technology. Twente, 1994.
P. 59.
27. Bessarabov D.G., Vorobiev A.V., Jacobs E.P., Sanderson R.D.,
Jacobs E.P., Timashev S.F. //Euromembrane’95. Bath. 1995. 2.
P. 186.
28. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Teplyakov V.V., Beckman
I.N., Netrusov A.I. // 7th Symposium on anaerobic digestion.
Cape Town, 1994. P. 185.
29. Bessarabov D.G., Beckman I.N., Teplyakov V.V. // Membranes
and membrane processes. Haidelberg, 1993. P. 2.23.
30. Áåññàðàáîâ Ä.Ã., Ñûðöîâà Ä.À., Òåïëÿêîâ Â.Â., Áåêìàí È.Í.
//Âåñòí. Ìîñê. óí-òà. Ñåð. 2. Õèìèÿ. 1994. 35. P. 385.
31. Teplyakov V.V., Beckman I.N. // Segungo congresso de ciencia e
tecnologia de ìembranes, Rio de Janeiro. 1994. P. 13.
32. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Jacobs E.P., Beckman I.N. //
Ing. Eng. Chem. Res. 1995. 34. P. 1769.
33. Bessarabov D.G., Jacobs E.P., Sanderson R.D., Beckman I.N. //
J. Membr. Sci. 1996. 113. P. 275.
34. Bessarabov D.R., Sanderson R.D. //Chemical Technology SA.
1996. P. 7.
35. Bessarabov D.R., Sanderson R.D. // Membranes and Membrane
Processes. Yokohama, 1996. P. 1084.
36. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Jacobs E.P., Wind C.N.,
Gladkov V.S. // South African Journal of Chemical Engineering,
1994. 6. P. 26.
37. Teplyakov V., Sostina E., Beckman I, Netrusov A. // Word
Journal of Microbiology and Biotechnology. 1996. 12. P. 477.
38. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Beckman I.N. // 3th Intern.
symposium. «Progress in membrane science and technology».
Twente. 1997. P. 23.
39. Teplyakov V.V., Beckman I.N. // 3th Intern. symposium Progress
in membrane science and technology». Twente, 1997. P. 72.
40. Bessarabov D.G., Sanderson R.D., Valuev V.V., Popkov Y.M,
Timashev S.F. // Ing. Eng. Chem. Res. 1997. 36. P. 2487.
41. Teplyakov V., Kuzina N., Sostina E., Syrtsova D., Netrusov A.
// Membrane distillation, osmotic and membrane contactors.
Centraro, 1998. P. 58.
42. Laguntsov N.I., Teplyakov V.V., Laguntsov I.N. // Membrane
science and technology. Beijing, 1998. P. 168.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 10.09.98