ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ХИТОЗАНОВЫХ НАНОФИЛЬТРАЦИОННЫХ МЕМБРАН

  • Olga A. Lebedeva Энгельсский технологический институт (филиал) Саратовского государственного технического университета им. Ю.А. Гагарина
  • Valentin M. Sedelkin Энгельсский технологический институт (филиал) Саратовского государственного технического университета им. Ю.А. Гагарина
  • Larisa N. Potekhina Энгельсский технологический институт (филиал) Саратовского государственного технического университета им. Ю.А. Гагарина
DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20226501.6340
Ключевые слова: хитозан, нанофильтрационные мембраны, пористость, удельная производительность, коэффициент задержания

Аннотация

Приведены результаты разработки и исследования хитозановых нанофильтрационных мембран. В качестве полимерного сырья для формования нанофильтрационных мембран использован высокомолекулярный порошкообразный крабовый хитозан, полученный из хитина его частичным деацетилированием. Для растворения хитозана использованы разбавленные водные растворы уксусной кислоты, обладающие низкими токсичностью и биологической активностью, а также доступностью и дешевизной. Исследована растворимость высокомолекулярного хитозана в зависимости от массовой концентрации уксусной кислоты и мольного соотношения CH3COOH/NH2 в формовочных растворах. Установлено, что именно мольное соотношение CH3COOH/NH2, от которого зависит доля протонированных аминогрупп, однозначно определяет потенциальную растворимость хитозана. Показано, что для достижения кинетически полной растворимости хитозана, аналитически определяемой по прекращению процесса растворения, необходимо поддерживать в формовочных растворах соотношение CH3COOH/NH2 более 1,75 моль/моль. Для преодоления диффузионно-стерических затруднений, возникающих при растворении высокомолекулярного хитозана с высокой кристалличностью и низкой пористостью, а также получения структурно однородных, изотропных растворов для формования НФ-мембран предложена шестистадийная технология их приготовления. Для получения водостойких анизотропных нанофильтрационных хитозановых мембран предложен модифицированный способ их сухо-мокрого формования. С целью регулирования характеристик барьерного слоя нанофильтрационных хитозановых мембран исследованы режимы их гидротермической обработки («отжига»). Установлено, что для обеспечения максимальной селективности «отжиг» нанофильтрационных мембран целесообразно проводить в течение 10 мин при температуре t =90 °C. Образцы нанофильтрационных мембран протестированы по водным растворам лактозы с целью определения их пористости, удельной производительности и коэффициента задержания. Установлено, что общая пористость разработанных нанофильтрационных мембран зависит в основном от концентрации хитозана в растворе и составляет 43% при Схитозан =6 мас.%. Значения удельной производительности и коэффициента задержания разработанных хитозановых нанофильтрационных мембран согласуются с эксплуатационными характеристиками нанофильтрационных мембран из других полимеров.

Литература

Tsar'kov S.M., Yushkin A.A., Volkov A.V. Nanofiltration of organic media. Membranes and membrane tech-nologies. M.: Nauch. mir. 2013. P. 539-579 (in Russian).

Dorofeeva L.I. Separation and purification of substances by membrane, exchange and electrochemical methods. Tomsk: Izd-vo Tomsk. Polytechnic. un-ta. 2008. 111 p. (in Russian).

Varlamov V.P., Nemtsev S.V., Tikhonov V.E. Chitin and chitosan: nature, production and applications. M.: Rus. Khitin. Obshch-vo. 2010. 292 p. (in Russian).

Otvagina K.V., Mochalova A.E., Moskvichev A.A., Sazanova T.S., Vorotyntsev A.V., Vorotyntsev I.V. Study of the structural and thermophysical properties of membrane materials based on copolymers of chitosan and ionic liquids. Izv. Ufim. Nauch. Tsentra RAN. 2018. V. 3. N. 2. P. 88-94 (in Russian). DOI: 10.31040 / 2222-8349-2018-2-3-88-94.

Sedelkin V.M., Potekhina L.N., Lebedeva O.A. Changes in the supramolecular structure of chitosan during its processing into film materials. Vestn. Tekhnol. Un-ta. 2020. V. 23. N 9. P. 57-64 (in Russian).

Skryabin K.G., Mikhailov S.N., Varlamov V.P. Chitosan. Sat. articles. M.: Tsentr "Bioenzhineriya" RAN. 2013. 593 p. (in Russian).

Sedelkin V.M., Lebedeva O.A., Surkova A.N., Ulyanova E.R. Supramolecular structure of powdered high mo-lecular weight chitosan as a raw material for the production of filtration membranes. Izv. VolgGTU. 2018. N 12. P. 72-77 (in Russian).

Brovko O.S., Palamarchuk A.A., Valchuk N.A., Boytsova T.A., Bogolitsin K.G. Prospects for obtaining new biomedical film materials based on the alginate-chitosan interpolymer complex. Izv. Ufim. Nauch. Tsentra RAN. 2018. V 3. N 2. P. 45-49 (in Russian). DOI: 10.31040/2222-8349-2018-2-3-45-49.

Fedoseeva E.N., Alekseeva M.F., Nistratov V.P., Smirnova P.A. Features of mechanical testing of chitosan films. Zavodsk. Laboratoriya. Diagn. Mater. 2009. V. 75. N 7. P. 42-46 (in Russian).

Buzinova D.A., Abramov A.Yu., Shipovskaya A.B. Properties of Chitosan Films of Various Chemical Forms. Izv. SarGU. Nov. Ser. Ser. Khim., Biolog. Ekolog. 2011. V. 11. N 2. P. 31-38 (in Russian).

Sedelkin V.M., Lebedeva O.A., Potekhina L.N., Ulyanova E.R. Effect of modification of powdered chitosan on its amorphous-crystalline and adsorption-porometric characteristics. Sorbts. Khromat. Protsessy. 2018. V. 18. N 4. P. 579-587 (in Russian). DOI: 10.17308/sorpchrom.2018.18/566.

Sedelkin V.M. Potekhina L.N., Chirkova O.A., Mashkova D.A., Oleinikova E.V. Structure and properties of semipermeable membranes based on modified cellulose diacetates. MiMT. 2014. V. 4. N 2. P. 114-128 (in Rus-sian). DOI: 10.1134/S2218117214020096.

Svittsov A.A. Introduction to membrane technology. M.: DeLi Print. 2007. 208 p. (in Russian).

Filippova O.E., Korchagina E.V. Chitosan and its hy-drophobic derivatives: preparation and aggregation in di-lute aqueous solutions. VMS. Ser. A. 2012.V. 54. N 7. P. 1130-1152 (in Russian). DOI: 10.1134/S0965545X12060107.

Kozyreva E.V., Abramov A. Yu., Shipovskaya A.B. Features of the physicochemical properties of chitosan solution. Izv. SarGU. Nov. Ser. Ser. Khim. Biolog Ekolog. 2011. V. 11. N 1. P. 22 – 25 (in Russian).

Klenin V.N., Fedusenko I.V. High-molecular compounds: a textbook for students of chemistry. facttov. Saratov: Izd. SarGU. 2008. 440 p. (in Russian).

Vladipor: site of JSC STC Vladipor [Electronic resource]. URL: http://www.vladipor.ru/ (in Russian).

Membranium: site of JSC "RM Nanotech" [Electronic resource]. URL: https://membranium.com/ru/ (in Rus-sian).

Sedelkin V.M., Potekhina L.N., Oleinikova D.F., Gorokholinskaya E.O., Lebedeva O.A. Structure and properties of cellulose deacetate membranes with solid fillers. MiMT. 2016. V. 6. N 1. P. 27-40 (in Russian). DOI: 10.1134/S2218117216010107.

Tsarkov S.E., Yushkin A.A., Khotimskiy V.S., Volkov A.V. Nanofiltration of binary and ternary systems based on water-ethanol mixtures through hydrophobic PTMSP membranes. Ser. Krit. Tekhnol. Membrany. 2010. V. 45. N 1. P. 22-26 (in Russian).

Novikov V.Yu., Dolgopyatova N.V., Konovalova I.N., Kuchina Yu.A. Polyelectrolyte complex of chitosan and chondroitin sulfate: formation, physico-chemical properties. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2017. V. 60. N 2. P. 60-66 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.2017602.5501.

Опубликован
2022-01-02
Как цитировать
Lebedeva, O. A., Sedelkin, V. M., & Potekhina, L. N. (2022). ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ХИТОЗАНОВЫХ НАНОФИЛЬТРАЦИОННЫХ МЕМБРАН. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 65(1), 58-65. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20226501.6340
Выпуск
Том 65 № 1 (2022)
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы