Влияние ионной жидкости на формирование сополиимидных ультрафильтрационных мембран с повышенным отделением La3+

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 8200 (2022) Цитировать эту статью

886 Доступов

2 цитаты

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Ультрафильтрация (УФ) как широко используемый в промышленности метод разделения при оптимальном выборе мембранных материалов может быть применена для извлечения редкоземельных металлов из разбавленных растворов, образующихся при переработке электронных отходов гидрометаллургическими методами. В настоящей работе перспективные УФ-сополиимидные мембраны были получены с использованием сорастворителя ионной жидкости (ИЛ) [hmim][TCB], который можно рассматривать как экологически чистую альтернативу традиционным растворителям. Мембраны были охарактеризованы методами ATR-FTIR, TGA, SEM и квантово-химическими расчетами. Существенная разница в морфологии этих мембран была выявлена ​​с помощью СЭМ поперечных срезов мембран; Мембрана Р84 имеет пальцеобразную структуру пористой подложки в отличие от губчатой ​​структуры подложки мембраны Р84/IL из-за более высокой динамической вязкости заливочного раствора. Параметры транспорта определяли в ультрафильтрационных пробах с использованием чистой воды и водного раствора бычьего сывороточного альбумина. Добавление ионной жидкости в отливочный раствор Р84 повышает производительность мембраны. Отталкивающую способность оценивали по La3+ в форме ализаринового комплекса лантана (ЛАК) в водном растворе ацетона. Мембрана P84, приготовленная с использованием IL, показала высокое отторжение (98,5%) по отношению к LAC, а также значительную продуктивность.

Мембранные методы, обладающие большими преимуществами перед традиционными методами разделения, эффективно используются для решения актуальных экологических и промышленных задач очистки водных растворов и отделения компонентов от жидких сред1,2,3,4,5. Мембранные методы требуют минимальных энергетических и экономических затрат, просты в эксплуатации, внедрении и обслуживании. Современная ультрафильтрация (УФ) постоянно развивается и находит свое применение в пищевой, фармацевтической, текстильной, бумажной и других отраслях промышленности6,7,8. Крупномасштабные процессы, такие как высокотемпературная фильтрация вязких нефтей, очистка воды в ядерных реакторах, химический катализ, газофазные реакции и другие, требуют УФ-мембран, обладающих не только высокой проницаемостью, селективностью и хорошими механическими свойствами, но и термическими. и химическая стабильность9,10,11,12. Среди коммерчески доступных материалов указанными свойствами в значительной степени обладают полимеры с имидными звеньями в основной цепи, что обусловлено наличием в их цепях жестких гетероциклических и ароматических колец13,14,15,16,17,18,19,20 ,21,22,23. Сополиимид P84 (BTDA-TDI/MDI) представляет собой продукт поликонденсации диангидрида бензофенон-3,3',4,4'-тетракарбоновой кислоты (BTDA) и 2,4-толилендиизоцианата/1,1'-метиленбис(4-изоцианатобензола). ) (80/20%) ; этот коммерчески доступный полигетероарилен демонстрирует хорошие механические свойства, химическую стойкость и низкую гидрофильность. Сополиимид P84 изучался в качестве мембранного материала для нанофильтрации24, разделения газов25,26 и первапорации14,27,28,29,30.

Исследование мембран Р84 в процессах УФ проводилось в работах31,32,33,34. В работе34 авторы сравнили структуру и свойства мембран, полученных из трех коммерческих полиимидов: Р84, Матримида и Торлона, в зависимости от используемого растворителя – N-метилпирролидона (НМП) или диметилсульфоксида (ДМСО). Мембраны формировали методом фазовой инверсии с использованием воды в качестве коагулянта. Мембрана Р84, полученная из раствора ДМСО, имела губчатую пористую структуру в отличие от пальцеобразной структуры мембраны, полученной из раствора НМП. Разница в структуре отразилась на транспортных свойствах УФ-мембран. Установлено, что лучшими транспортными свойствами обладает мембрана Р84, полученная из раствора в НМП.

Полимерные мембраны обычно готовят из растворов на основе полярных апротонных растворителей, таких как NMP, ДМСО, диметилацетамид и диметилформамид, из-за их химического сродства к полимеру; перечисленные полярные растворители высокотоксичны для здоровья человека и экосистем. Ионные жидкости (ИЛ) представляют собой экологически чистую альтернативу обычным растворителям35; ИЖ представляют собой органические соли, которые остаются жидкими при комнатной температуре, обладают хорошими термическими и химическими свойствами, низкой летучестью и могут быть переработаны и повторно использованы. Использование таких «зеленых» растворителей позволит свести к минимуму отходы и потери в химических процессах36. В работе37 показано, что использование тетрафторбората 1-этил-3-метилимидазолия в качестве добавки (до 17% ИЖ) в раствор полиэфирсульфона в ДМФ для формирования УФ-мембран приводит к значительному увеличению потока для водного раствора. раствор бычьего сывороточного альбумина и в коэффициенте восстановления потока.