Влияние химического состава оксида графена на микроструктуру и транспортные свойства мембран на его основе

Объектами исследования в представленной работе являются асимметричные мембраны на основе оксида графена и его восстановленных форм. Цель работы - установление фундаментальных взаимосвязей микроструктуры и химического состава мембран на основе оксида графена с их транспортными характеристиками. Полученные мембраны исследовались методами ТГ-МС, РФЭС, ИК и КР спектроскопии, спектроскопия поглощения в УФ и видимой области, измерение контактного угла смачивания, динамическое рассеяние света, РЭМ и ЛРСА, ПЭМ, АЭС, ИСП-МС, малоугловая и широкоугловая рентгеновская дифракция при скользящем падении пучка. 1.Методом широкоугловой рентгеновской дифракции при скользящем падении пучка в ре-жимах in situ и in operando определены корреляции между размером двумерной щели в мембранах оксида графена и их паропроницаемостью при различных парциальных давле-ниях паров воды и низших спиртов в ретентате и пермеате. На основании экспериментальных значений градиента активности в операционных условиях определена предельная проницаемость селективных слоев оксида графена, достигающая ~ 3000 м3·м-2·ч-1·бар-1 при влажности близкой к 100% с обеих сторон мембраны. 2.Межплоскостное расстояния в ОГ достигает максимального значения в 2,67 нм для «жёсткого» катиона Li+ и 1,45 нм для «мягкого» катиона K+. Показано, что интеркаляция катионов приводит к существенному уменьшению доступного для транспорта молекул пространства, в результате чего производительность первапорационного опреснения 0,6 М растворов хлоридов соответствующих металлов уменьшается в 3 раза по сравнению с исходной. 3.Установлено, что инкапсуляция мембран при помощи эпоксидных смол приводит к фикса-ции межплоскостного расстояния. Показано, что межплоскостное расстояние в инкапсулированных мембранах не зависит ни от парциального давления водяных паров, ни от ионной силы раствора, что обусловлено химической «сшивкой» нанолистов при помощи полиаминов. Установлено, что инкапсуляция ОГ позволяет существенно увеличить селективность разделения в паре K/Mg до более 300. 4.Показано, что интеркаляция углеродных наночастиц в структуру оксида графена приводит к увеличению его устойчивости при повышенных перепадах давления. Установлено, что падение проницаемости по парам воды мембраны, интеркалированной фуллеренолами, не превышает 25% по сравнению с 3-ех кратным падением производительности для немоди-фицированной мембраны.