Свойства динамических мембран при ультрафильтрационной очистке воды от урана
The application of semipermeable dynamical membranes on the basis of Al hydroxocompounds and polyvinyl alcohol to the ultrafiltration purification of water from U is demonstrated. The effect of pH, the concentration of U, duration of the process, and content of organic compounds on both the retentio...
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1836 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Свойства динамических мембран при ультрафильтрационной очистке воды от урана / Л.И. Руденко, О.В. Джужа, В.Е. Хан, С.И. Ковальчук // Доп. НАН України. — 2007. — N 6. — С. 139–143. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1836 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Руденко, Л.И. Джужа, О.В. Хан, В.Е. Ковальчук, С.И. 2008-09-02T17:59:15Z 2008-09-02T17:59:15Z 2007 Свойства динамических мембран при ультрафильтрационной очистке воды от урана / Л.И. Руденко, О.В. Джужа, В.Е. Хан, С.И. Ковальчук // Доп. НАН України. — 2007. — N 6. — С. 139–143. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1836 621.039:543.52 The application of semipermeable dynamical membranes on the basis of Al hydroxocompounds and polyvinyl alcohol to the ultrafiltration purification of water from U is demonstrated. The effect of pH, the concentration of U, duration of the process, and content of organic compounds on both the retention coefficient for U and the volumetric flow of purified water are established. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Хімія Свойства динамических мембран при ультрафильтрационной очистке воды от урана Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Свойства динамических мембран при ультрафильтрационной очистке воды от урана |
| spellingShingle |
Свойства динамических мембран при ультрафильтрационной очистке воды от урана Руденко, Л.И. Джужа, О.В. Хан, В.Е. Ковальчук, С.И. Хімія |
| title_short |
Свойства динамических мембран при ультрафильтрационной очистке воды от урана |
| title_full |
Свойства динамических мембран при ультрафильтрационной очистке воды от урана |
| title_fullStr |
Свойства динамических мембран при ультрафильтрационной очистке воды от урана |
| title_full_unstemmed |
Свойства динамических мембран при ультрафильтрационной очистке воды от урана |
| title_sort |
свойства динамических мембран при ультрафильтрационной очистке воды от урана |
| author |
Руденко, Л.И. Джужа, О.В. Хан, В.Е. Ковальчук, С.И. |
| author_facet |
Руденко, Л.И. Джужа, О.В. Хан, В.Е. Ковальчук, С.И. |
| topic |
Хімія |
| topic_facet |
Хімія |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| description |
The application of semipermeable dynamical membranes on the basis of Al hydroxocompounds and polyvinyl alcohol to the ultrafiltration purification of water from U is demonstrated. The effect of pH, the concentration of U, duration of the process, and content of organic compounds on both the retention coefficient for U and the volumetric flow of purified water are established.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1836 |
| citation_txt |
Свойства динамических мембран при ультрафильтрационной очистке воды от урана / Л.И. Руденко, О.В. Джужа, В.Е. Хан, С.И. Ковальчук // Доп. НАН України. — 2007. — N 6. — С. 139–143. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT rudenkoli svoistvadinamičeskihmembranpriulʹtrafilʹtracionnoiočistkevodyoturana AT džužaov svoistvadinamičeskihmembranpriulʹtrafilʹtracionnoiočistkevodyoturana AT hanve svoistvadinamičeskihmembranpriulʹtrafilʹtracionnoiočistkevodyoturana AT kovalʹčuksi svoistvadinamičeskihmembranpriulʹtrafilʹtracionnoiočistkevodyoturana |
| first_indexed |
2025-11-25T23:48:43Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:48:43Z |
| _version_ |
1850584464444358656 |
| fulltext |
УДК 621.039:543.52
© 2007
Л.И. Руденко, О. В. Джужа, В.Е. Хан, С. И. Ковальчук
Свойства динамических мембран при
ультрафильтрационной очистке воды от урана
(Представлено академиком НАН Украины В. П. Кухарем)
The application of semipermeable dynamical membranes on the basis of Al hydroxocompounds
and polyvinyl alcohol to the ultrafiltration purification of water from U is demonstrated. The
effect of pH, the concentration of U, duration of the process, and content of organic compounds
on both the retention coefficient for U and the volumetric flow of purified water are established.
Полимерные мембраны при очистке природных и сточных вод обладают следующими недо-
статками: низкой проницаемостью, малой стойкостью в щелочных и кислых средах, недо-
статочной механической прочностью, постепенной и необратимой потерей ионной селектив-
ности в процессе эксплуатации. Важным направлением преодоления указанных трудностей
является использование динамических мембран [1]. Селективность динамических мембран
обеспечивается тонким слоем коллоидных частиц или адсорбционным слоем макроионов,
формируемых на поверхности пористой подложки из потока очищаемой воды, содержащей
эти компоненты [2, 3]. Динамические мембраны имеют высокую пористость, в результа-
те чего достигается проницаемость по воде, на 1–2 порядка превышающая проницаемость
полимерных мембран. Динамические мембраны легко регенерируются, поэтому отпадает
проблема их отравления при адсорбции многовалентных ионов и органических примесей.
Для формирования динамических мембран пригодны коллоидные частицы, нейтраль-
ные органические полимеры, органические и неорганические полиэлектролиты. В качест-
ве мембранообразующих компонентов для формирования коллоидных частиц используют
гидроксополимеры циркония (IV), железа (III), тория (IV), алюминия (III), хрома (III)
и других поливалентных металлов, глины и некоторые ионообменные материалы [4]. Ди-
намические мембраны получают на пористых основах — микро-, ультрафильтрационных
и обратноосмотических мембранах с размером пор от 3 нм до 5 мкм на самых различных
материалах (пористые металлы, керамика, полимерные пленки).
В данном сообщении изучена возможность применения динамических мембран на основе
гидроксосоединений алюминия и поливинилового спирта при ультрафильтрационной очист-
ке воды от урана, исследовано влияние pH раствора, концентрации урана и длительности
процесса ультрафильтрации на коэффициент задержания урана и объемный поток очища-
емой воды.
Для формирования динамических мембран брали водные растворы соли AlCl3 · 6H2O,
поливинилового спирта и гидроксида натрия с концентрациями 2,8 ·10−3 моль/дм3, 1 и 10%
соответственно. Полученный раствор пропускали через специально созданную ультрафиль-
трационную установку. Основными ее элементами являются мембранный модуль и насос-
ный агрегат шестеренного типа с устройством для регулирования производительности на-
соса. Для снижения вредного влияния концентрационной поляризации использовалось тур-
булизующее влияние потока жидкости вдоль мембраны, создаваемое насосом. Для исследо-
вания брали мембрану Мифил со средним диаметром пор 0,25 мкм [5]. Рабочая поверхность
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №6 139
Рис. 1. Влияние pH раствора на коэффициент задержания урана (R) и объемный поток очищаемой воды
(IV ) динамическими мембранами из гидроксосоединений алюминия и поливинилового спирта
мембранного модуля составляла ∼ 2 · 10−2 м2. Давление на входе в мембранный модуль
0,8 МПа. Структура коллоидной динамической мембраны, определяющая ее проницаемость
и селективность, формируется под влиянием нормального (через мембрану) и тангенциаль-
ного (вдоль мембраны) течения жидкости. Линейная скорость раствора вдоль мембраны
2 м/с. Для охлаждения жидкости использовался термостат. Изучалась очистка на сфор-
мированных динамических мембранах соли UO2(NO3)2 с концентрацией 2–10 мг урана на
1 дм3. Фильтрат после очистки на мембране и исходный раствор направляли на измерение
концентрации урана. С использованием этих данных определяли коэффициент задержа-
ния урана. Под коэффициентом задержания урана понимают отношение разности исходной
и конечной концентрации в воде к исходной его концентрации, выраженной в процентах.
Концентрацию урана в воде определяли по стандартной методике фотометрического опре-
деления урана в виде комплекса уранила с арсеназо III с использованием фотометра КФК-2
при длинне волны 670 нм [6].
Проведены исследования влияния pH раствора на коэффициент задержания (R) урана
и объемный поток (IV ) очищаемой воды на динамических мембранах из гидроксосоедине-
ний алюминия. Исходный водный раствор AlCl3 и UO2(NO3)2 при определенном заданном
значении pH направляли на ультрафильтрационную установку и на 15 мин в эту смесь до-
бавляли раствор поливинилового спирта для достижения его концентрации ∼ 3·10−3 г/дм3.
Процесс ультрафильтрации проходил при давлении 0,8 МПа в течение 60–120 мин. Опреде-
ляли значения R и IV после очистки воды на динамической мембране. Установлена экстре-
мальная зависимость R и IV от величины pH раствора (рис. 1). Максимальное значение
R (97,4%) наблюдается при pH 5,2–5,4. При этой величине pH значение IV является самой
низкой и составляет 2,6 · 10−5 м/с.
Ранее нами была установлена возможность применения полупроницаемых динамиче-
ских мембран из гидроксосоединений железа и поливинилового спирта при ультрафильтра-
ционной очистке грунтовых вод промплощадки объекта “Укрытие” Чернобыльской АЭС от
радионуклидов [7]. Наиболее полная очистка грунтовых вод наблюдается при pH 2,60–2,80
для многозарядных ионов урана и стронция, а самая низкая — для однозарядного иона це-
зия. Сравнивая данные статьи [7] и обсуждаемые здесь результаты, можно сделать вывод
140 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №6
о том, что при использовании полупроницаемых мембран из гидроксосоединений алюминия
оптимальные значения pH с максимальным R, смещаются в сторону нейтральной реакции
раствора от 2,6 до 5,2–5,4.
Для уточнения характеристик раствора определено содержание урана в осадках на бу-
мажном фильтре “синяя лента”, ядерных фильтрах с размером пор 1, 0,5, 0,2, 0,1 мкм
и на фильтре Мифил со средним диаметром пор 0,01 мкм. Полиэтилентерефталатные ядер-
ные мембраны изготовлены в Объединенном институте ядерных исследований в г. Дубна
Московской обл. Они имеют изотропные поры (отклонение в их размерах не превыша-
ют ±20%) [8]. Раствор, содержащий 10 мг урана на 1 дм3 воды и другие мембранообразу-
ющие компоненты, при pH 5,3 последовательно пропускался через различные мембраны.
Фильтруемая жидкость контактировала с воздухом. В фильтрате определялось содержа-
ние урана. Распределение содержания урана на частицах твердой фазы различного ра-
змера в исходном растворе приведено в табл. 1. По этим данным установлен вероятный
механизм формирования динамической мембраны. На пористой основе — ультрафильтра-
ционной мембране с размером пор 0,25 мкм — сначала осаждались крупнодисперсные ча-
стицы больше 1 мкм, затем частицы с размерами 0,1–1 мкм и на завершающем этапе на
15–30 мин формировался динамический слой из коллоидных частиц гидроксосоединений
алюминия и поливинилового спирта. Сформированный слой задерживает все продукты ги-
дролиза соли урана. По данным [9], шестивалентный уран в растворе присутствует в виде
уранил-иона UO2+
2
, существование которого при pH 6 2,5 твердо установлено; при более
высоком pH преобладают гидролизованные ионы сложного состава.
Изучено влияние концентрации урана в исходном растворе и длительности процес-
са ультрафильтрации на коэффициент задержания урана динамическими мембранами из
гидроксополимеров алюминия. Увеличение концентрации урана от 2 до 10 мг/дм3 мало
сказывается на задерживающих свойствах мембран: величина R меняется от 93 до 98%
(табл. 2). По мере формирования динамической мембраны в первые 30–60 мин постепен-
но снижается ее проницаемость по воде и одновременно растет селективность, затем эти
Таблица 1. Распределение содержания урана на частицах твердой фазы различного размера в исходном
растворе при pH 5,3
Размер частиц
твердой фазы, мкм
Содержание урана,
мг/дм3 раствора
Распределение
содержания урана, %
Больше 3 0,80 8,36
1–3 3,45 36,05
0,5–1 4,73 49,43
0,2–0,5 0,38 3,97
0,1–0,2 0,05 0,52
0,01–01 0,16 1,67
Весь осадок 9,57 100,00
Таблица 2. Влияние концентрации урана и длительности процесса ультрафильтрации на коэффициент
задержания урана (R, %) динамическими мембранами при pH 5,3
Концентрация урана
в исходном растворе, мг/дм3
R при длительности ультрафильтрации, мин
30 60 90 120
2 93 93 93 95
5 94 96 96 97
10 93 96 98 98
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №6 141
характеристики стабилизируются. Для сохранения динамического слоя необходимо посто-
янное присутствие в фильтруемом растворе гидроксосоединений алюминия. По данным
статьи [10], при прекращении подачи добавки мембранообразующих компонентов характе-
ристики мембраны постепенно ухудшаются и в течении нескольких часов она разрушается.
Существует проблема очистки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) из объекта “Ук-
рытие” Чернобыльской АЭС от радионуклидов и органических веществ. Разработаны мето-
ды очистки ЖРО от изотопов цезия, стронция, урана и трансурановых элементов с приме-
нением природного клиноптилолита, ультрафильтрации и обратного осмоса [11, 12]. Однако
при наличии органических соединений необходимо дальнейшее совершенствование методов
очистки ЖРО от урана.
Изучено влияние некоторых компонентов пылеподавляющего состава, состоящего из
водных растворов поверхностно-активного вещества ОП-7 (0,1 г/дм3), глицерина (0,1–
1 г/дм3) и щавелевой кислоты (0,1–1 г/дм3), использующегося на объекте “Укрытие” для
улавливания радиоактивных аэрозолей. Исходный водный раствор AlCl3, UO2(NO3)2, поли-
винилового спирта и указанных органических веществ фильтровался через сформирован-
ную динамическую мембрану из гидроксополимеров алюминия. Увеличение суммарного
содержания органических веществ в растворе от 0,3 до 2,1 г/дм3 приводит к снижению
коэффициента задержания урана от 97 до 24%. Для уменьшения содержания органических
соединений в исследуемых модельных системах и ЖРО нужно проводить окислительную
их очистку с использованием перекиси водорода и перманганата калия. Эффективность
применения указанных реагентов показана в статье [13].
В работе [14] на примере коллоидных систем из гидроксосоединений тяжелых метал-
лов было установлено, что высокая степень очистки достигается при обратном осмосе при
давлениях свыше 3 МПа. В данной статье впервые показано, что эффективная очистка
воды от урана наблюдается на гидроксополимерах алюминия при ультрафильтрации при
давлении 0,8 МПа.
Таким образом, показана возможность применения динамических мембран на основе
гидроксосоединений алюминия и поливинилового спирта при ультрафильтрационной очист-
ке воды от урана. Предлагаемый метод может быть использован для очистки промышлен-
ных и сточных вод, в частности при переработке урановых руд с малым содержанием урана.
1. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. – Москва: Химия, 1978. – 352 с.
2. Брык М.Т., Цапюк Е.А. Ультрафильтрация. – Киев: Наук. думка, 1989. – 288 с.
3. Духин С.С., Князькова Т. В. Коллоидно-электрохимические аспекты формирования и функциони-
рования динамических мембран. Однослойные коллоидные мембраны // Коллоид. журн. – 1980. –
42, № 1. – С. 31–42.
4. Брик М.Т. Енциклопедiя мембран: У 2 т. – Київ: ВД “Києво-Могилянська академiя”, 2005. – Т. 1. –
658 с.
5. Святченко В.В., Бильдюкевич А.В. Пористая структура промышленных и экспериментальных ульт-
рафильтрационных мембран // Журн. прикл. химии. – 1991. – 64, № 7. – С. 1571–1573.
6. Лукьянов В.Ф., Саввин С.Б., Никольская И.В. Фотометрическое определение микроколичеств урана
с реагентом арсеназо III // Журн. аналит. химии. – 1960. – 15, № 3. – С. 311–314.
7. Руденко Л.И., Джужа О.В., Хан В.Е. Полупроницаемые динамические мембраны при ультрафильт-
рационной очистке грунтовых вод от радионуклидов // Радиохимия. – 2007. – 49, № 1. – С. 85–88.
8. Флеров Г.Н. Синтез сверхтяжелых элементов и применение методов ядерной физики в смежных
областях // Вестн. АН СССР. – 1984. – № 4. – С. 35–48.
9. Аналитическая химия урана. – Москва: Изд-во АН СССР, 1962. – 432 с.
10. Дытнерский Ю.И., Кочаров Р. Г., Мосешвили Г.А., Терпугов Г. В. Очистка сточных вод и обработка
водных растворов с помощью динамических мембран // Хим. пром-сть. – 1975. – № 7. – С. 23–27.
142 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №6
11. Руденко Л.И., Скляр В.Я., Хан В. Е. Очистка жидких радиоактивных отходов из объекта “Укрытие”
от трансурановых элементов, Sr и γ-излучателей // Радиохимия. – 2004. – 46, № 2. – С. 184–187.
12. Руденко Л.И., Хан В. Е. Мембранные методы очистки жидких радиоактивных отходов из объекта
“Укрытие” и грунтовых вод от радионуклидов // Доп. НАН України. – 2004. – № 10. – С. 203–208.
13. Руденко Л.И., Джужа О.В., Хан В.Е. Окислительная и мембранная очистка жидких радиоактив-
ных отходов от органических соединений и трансурановых элементов // Там же. – 2006. – № 6. –
С. 150–153.
14. Кучерук Д.Д. Зворотнiй осмос у поєднаннi з iншими фiзико-хiмiчними методами при знесоленнi
слабомiнералiзованих вод: Автореф. дис. . . . д-ра хiм. наук. – Київ, 2002. – 39 с.
Поступило в редакцию 12.01.2007Институт биоорганической химии
и нефтехимии НАН Украины, Киев
УДК 541.182.644
© 2007
Ю.М. Самченко, Н. А. Пасмурцева, З. Р. Ульберг
Диффузия лекарственных препаратов из гидрогелевых
нанореакторов
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины Г.А. Ковтуном)
Macromolecular therapeutic systems on the base of hydrogelic nanoreactors are developed, and
their sorption and diffusion properties are studied.
Пространственно-сшитые полимеры (гидрогели) занимают заметное место среди высоко-
технологичных материалов для различных областей человеческой жизнедеятельности, со-
зданных в последние годы. Их применяют в качестве искусственной почвы с иммобили-
зованными минеральными и органическими удобрениями, а также влагоудерживающими
свойствами [1], в качестве эффективных сорбентов для очистки техногенно загрязненных
сточных вод [2], для очистки топлив и масел от ультрамелких водяных капель [3], в меди-
цине — для культивирования мезенхимальных стволовых клеток [4], эндопротезирования
мягких тканей [5] и для создания носителей иммобилизованных биологически активных
соединений [6].
Формирование в полимерных матрицах наночастиц может приводить к созданию нано-
композитных материалов с уникальными электрическими, магнитными, оптическими, ме-
ханическими, каталитическими и др. свойствами [7] и с повышенной биосовместимостью [8].
Ранее мы сообщали о формировании нанореакторов с размером наноячеек 4–10 нм, мат-
рицы которых получены путем совместного гелеобразования ряда мономеров акрилового
ряда [9]. Разработаны также коллоидно-химические методы введения в ячейки таких на-
нореакторов частиц благородных металлов (серебра, золота, платины), а также магнетита
и гидроксиапатита соответствующих размеров [10].
В настоящем сообщении представлены результаты исследований в части создания на
их основе трансдермальных систем с пролонгированным и дозированным выделением ин-
корпорированных в них лекарств. Практической целью проводимого исследования являет-
ся создание терапевтической системы для лечения артритов и артрозов, что определило
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №6 143
|