ВЛИЯНИЕ РАСХОДА РЕТЕНТАТА НА МЕМБРАННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ БИНАРНЫХ РАСТВОРОВ ХЛОРИДОВ НАТРИЯ, МАГНИЯ И КАЛЬЦИЯ
Аннотация
Исследовано влияние расхода ретентата на формирование потоков воды и хлоридов натрия, магния и кальция при их переносе через нанофильтрационную мембрану Vontron VNF из индивидуальных и смешанных растворов при постоянной движущей силе переноса растворителя, обеспечиваемой постоянной концентрацией осмотически активных частиц M±=100 ммоль/дм3. Показано, что задерживающая способность мембраны солей в их индивидуальных растворах возрастает при увеличении расхода ретентата. Коэффициент проницаемости и конверсия при этом ожидаемо кратно возрастают, а плотность мольного потока хлорида натрия в 2-6 раз выше, чем для хлоридов магния и кальция. Полученные экспериментальные данные удовлетворительно описываются в рамках модели Шпиглера-Кедем-Качальского. Отмечено, что трансмембранный перенос компонентов раствора в мембране Vontron VNF не останавливается даже при рабочем давлении ниже осмотического, что делает их перспективными для решения задач энергосберегающего разделения и выделения солей разновалентных металлов. Присутствие в растворе малых количеств солей двухзарядного металла приводит к резкому возрастанию мольного потока хлорида натрия через мембрану. При мольной доле Na-Mg и Na-Ca равной 0,2 коэффициент разделения возрастает в 5 раз. Перенос хлорида магния через мембрану в исследуемом диапазоне не зависит от присутствия в растворе хлорида натрия, но для кальция наблюдается небольшое увеличение плотности мольного потока. Возрастание мольного потока NaCl в присутствии малых долей двухвалентного металла может быть обусловлено проявлением Доннановского исключения в примембранном слое. Показано что, максимальное отношение значений плотностей мольных потоков разделяемых компонентов достигается в области малых значений расхода ретентата. В свою очередь, изоселективное удержание солей в ретентате обеспечивает высокая скорость продувки мембранного аппарата.
Литература
Qasim M., Badrelzaman M., Darwish N.N., Darwish N.A., Hilal N. Reverse osmosis desalination: A state-of-theart review. Desalination. 2019. V. 459. P. 59-104. DOI: 10.1016/j.desal.2019.02.008.
Xinbo Zhang, Yuanying Yang, Huu Hao Ngo, Wenshan Guo, Haitao Wen, Xiao Wang, Jianqing Zhang, Tianwei Long. A critical review on challenges and trend of ultrapure water production process. Sci. Total Environ. 2021. V. 785. P. 147254. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.147254.
Fane A.G., Rong Wong, Yue Jia. Membrane technology: past, present and future. Membrane and desalination technologies: V. 13 Handbook of environmental engineering. Springer. 2011. P. 1-38. DOI: 10.1007/978-1-59745-278-6.
Harshita Jain, Manoj Chandra Garg. Fabrication of polymeric nanocomposite forward osmosis membranes for water desalination - A review. Environ. Technol. Innovat. 2021. V. 23. P. 101561. DOI: 10.1016/j.eti.2021.101561.
Chugunov A.S., Vinnitsky V.A. Nanofiltration fractionation of components of radioactive solutions - method of reducing the volume of waste. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Yadernaya Energetika. 2019. N. 1. P. 51-61. DOI: 10.26583/npe.2019.1.05
Osadchiy Y.P., Fedosov S.V., Nikiforova T.E., Blinichev V.N. Recovery of valuable components from industrial wastes and their recycling. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.] 2009. V. 52. N 5. P. 113-116 (in Russian).
Khusnutdinov I.Sh., Safiulina A.G., Zabbarov R.R., Khusnutdinov S.I. Methods for disposal of oil sludge. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.] 2015. V. 58. N 10. P. 3-20 (in Russian).
Somin V.A., Komarova L.F. Research of selective properties of membranes for purification of water from heavy metal ions. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.] 2009. V. 52. N 2. P. 138-141 (in Russian).
Chugunov A.S., Vinnitskii V.A., Nafikova G.F. Extraction of valuable component from manmade waters. Ekologiya Prom-t’ Rossii. 2020. V. 24(12). P. 4-10 (in Russian). DOI: 10.18412/1816-0395-2020-12-4-10.
Chugunov A.S., Vinnitskii V.A., Nafikova G.F. Extraction of valuable metals from natural and industrial waters by the method of homogeneous sedimentation, provided by low-pressure membrane methods. Izv. SPbGTI(TU). 2020. N 54 (80). P. 20-30 (in Russian). DOI: 10.36807/1998-9849-2020-54-80-20-30.
Laskorin B.N. Skorovarov D.I., Filippov E.A. Development of uranium chemistry and technology in the nuclear power cycle. Uranium Chemistry: Collection of Scientific Papers. M.: Nauka. 1989. P. 58 (in Russian).
Karimova E.S., Azizov A.A., Alosmanov R.M. Study of sorption of Cr(III) ions by phosphorus - containing polymer sorbent. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.] 2019. V. 62. N 6. P. 112-118. DOI: 10.6060/ivkkt20186100.5788.
Shabelskaya N.P., Egorova M.A., Arzumanova A.V., Yakovenko E.A., Zababurin V.M., Vyaltsev A.V. Preparation of composite materials based on cobalt (II) ferrite for purification of aqueous solutions. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim.Tekhnol.] 2021.V. 64. N 2. P. 95-102. DOI: 10.6060/ivkkt.20216402.6215.
Maltseva E.E., Blokhin A.A., Murashkin Y.V., Mikhaylenko M.A. Sorptive separation of molybdenum (VI) from rhenium-containing solutions. Russ. J. Appl. Chem. 2017. V. 90. N 4. P. 528-532. DOI: 10.1134/s1070427217040061.
Maltseva E.E., Blokhin A.A., Murashkin Y.V., Mi-khaylenko M.A. An increase in purity of ammonium per-rhenate solutions with respect to molybdenum (IV) with the sorption recovery of rhenium (VII) from Mo-containing solutions. Russ. J. Non-Ferrous Metals. 2017. V. 58. N 5. P. 463-469. DOI: 10.3103/s1067821217050091.
Arzhanova E.B., Ryabchikov B.E., Panteleev A.A., Gladush M.G., Nikolsky V.M. Determination of the efficiency of separation of mono and divalent ions by nanofiltration in chloride solutions of high concentrations. Perspektiv. Materialy. 2011. V. 10. P. 227-232 (in Russian).
Ryabchikiv B.E., Panteleev A.A., Gladush M.G. Performance testing of seawater desalination by nanofiltration. Pet-rol. Chem. 2012. V. 52. N 7. P. 465-474. DOI: 10.1134/S0965544112070122.
Farnosova E.N., Kagramanov G.G. Nanofiltration and reverse osmosis: comparison and optimal application areas. Water Magazine. 2017. N 6 (118). P. 24-27 (in Russian).
Bhattacharya A.,Ghosh P. Nanofiltration and reverse osmosis membranes: theory and application in separation of electrolytes. Rev. Chem. Eng. 2004. V. 20(1-2). P. 111-173. DOI: 10.1515/revce.2004.20.1-2.111.
Arzhanova E.B., Gladush M.G., Panteleev A.A., Ryabchikov B.E. Separation of mono and polyvalent ions by nanofiltration in high concentration aqueous solutions. Perspektiv. Materialy. 2010. N 8. P. 182-188 (in Russian).
Chugunov A.S., Vinnitskii V.A., Zuev P.N. The role of sorption processes in the transmembrane transfer of alkaline metal salts through a nanofiltration membrane. Izv. SPbGTI(TU). 2021. N 56(82). P. 3-11 (in Russian). DOI: 10.36807/1998-9849-2020-56-82-3-11.
Kagramanov G.G., Farnosova E.N. Effect of solution composition on selectivity of reverse osmosis and nanofiltration membranes. Petrol. Chem.. 2012. V. 2. N 3. P. 625-630. DOI:10.1134/S0965544112080087.
Chugunov A.S., Vinnitskii V.A., Stepanyuk K.V. Effect of the sodium chloride-magnesium chloride ratio on the separation of salts using a nanofiltration membrane. Membranes Membrane Technol.. 2021. V. 3. N 3. P. 192-197. DOI: 10.1134/S2517751621020086
Chu C.-H., Wang C., Xiao H.-F., Wang Q., Yang W.-J., Liu N., Ju X., Xie J.-X., Sun S.-P. Separation of ions with equivalent and similar molecular weights by nanofiltration: sodium chloride and sodium acetate as an example. Separat. Purif. Technol. 2020. V. 250. P. 117199. DOI: 10.1016/j.seppur.2020.117199.
Parimal Pal. Membrane-based technologies for environmental pollution control. 2020. Butterworth-Heinemann. 784 p. DOI: 10.1016/B978-0-12-819455-3.00025-X.
Hilal N., Al-Zoubi H., Mohammad A.W., Darwish N.A. Nanofiltration of highly concentrated salt solutions up to seawater salinity. Desalination. 2005. V. 184. N 1-3. P. 315-326. DOI: 10.1016/j.desal.2005.02.062.
Spiegler K.S., Kedem O. Thermodynamics of hyperfiltra-tion (reverse osmosis): criteria for efficient membranes. Desalination. 1966. V. 1. P. 311-326. DOI: 10.1016/S0011-9164(00)80018-1.
Hidalgo A.M., León G., Gómez M., Murcia M.D., Gómez E., Gómez J.L. Application of the Spiegler–Kedem–Kachalsky model to the removal of 4-chlorophenol by different nanofiltration membranes. Desalination. 2013. V. 315. P. 70-75. DOI: 10.1016/j.desal.2012.10.008.
Al-Zoubi H., Hilal N., Darwish N.A., Mohammad A.W. Rejection and modelling of sulphate and potassium salts by nanofiltration membranes: neural network and Spiegler–Kedem model. Desalination. 2007. V. 206. N 1-3. P. 42-60. DOI: 10.1016/j.desal.2006.02.060.
Zouhti N., Igouzal M., Larif M., Hafsi M., Taky M., Elmidaoui A. Prediction of salt rejection by nanofiltration and reverse osmosis membranes using Spiegler-Kedem model and an optimisation procedure. Desalinat. Water Treat. 2018. V. 120. P. 41-50. DOI: 10.5004/dwt.2018.21410.
Hilala N., Al-Zoubia H., Mohammadb A.W., Darwishc N.A. Nanofiltration of highly concentrated salt solutions up to seawater salinity. Desalination. 2005. V. 184. N 1-3. P. 315–326. DOI: 10.1016/j.desal.2005.02.062.
