Новые методы конструирования функциональных иерархически организованных селективных слоев: дизайн новых композиционных мембран для различных процессов разделения

Тонкопленочные композиционные мембраны (ТКМ) незаменимы для разделения в таких мембранных процессах как обратный осмос, нанофильтрация, первапорация, газоразделение. ТКМ используются при опреснении морских и солоноватых вод, водоочистке, разделении газов, обогащении природного газа, дегидратации и очистке органических растворителей, концентрировании и очистке в фармацевтической, пищевой промышленности и биотехнологии. Мембраны ТКМ состоят из нескольких слоев с определенным размером пор, их распределением по размерам и градиентом толщины. ТКМ включают подложку из нетканого материала (толщина: ~100-200 мкм и размер пор: ~5 мкм), анизотропную пористую ультрафильтрационную мембрану-подложку (толщина: ~50-150 мкм, размер пор ~0,01-0,1 мкм) и ультратонкий селективный слой, состоящий из нанопленки толщиной от нескольких нанометров до сотен нанометров. В зависимости от мембранного процесса нанопленка может быть пористой (нанофильтрация) и непористой (обратный осмос, газоразделение, первапорация). Ультратонкий селективный слой обеспечивает селективное разделение и высокую проницаемость (за счет малой толщины слоя), в то время как пористая мембрана-подложка обеспечивает механическую прочность и целостность мембраны, не влияя на массоперенос процесса.Основными проблемами, лимитирующими промышленное применение ТКМ мембран для нанофильтрации и обратного осмоса, является невозможность достижения одновременно высокой проницаемости и высокой селективности. На решение данной проблемы ТКМ направлены огромные усилия ученых-разработчиков, так как это приведет к снижению капитальных и эксплуатационных затрат. Транспортные свойства мембран преимущественно зависят как от наноструктуры ультратонкого функционального селективного слоя (морфология поверхности, внутренняя геометрия, толщина, степень сшивки), так и от физико-химических свойств (гидрофильность, поверхностный заряд, распределение зарядов по поверхности, природа функциональных групп). Разработка эффективных методов регулирования структуры ультратонких селективных слоев, полученных методом межфазной полимеризации, является очень актуальной задачей мембранного материаловедения. В рамках данного проекта будут разработаны новые методы конструирования функциональных иерархически организованных селективных слоев с использованием метода межфазной поликонденсации, что позволит создавать новые высокоэффективные тонкопленочные мембраны для ультра- и нанофильтрации, первапорации, газоразделения. Данный проект отличается комплексным подходом к дизайну функциональных иерархически организованных селективных слоев, что предполагает оптимизацию всехомпонентов ТКМ. В рамках данного проекта будут разработаны ультрафильтрационные мембраны-подложки с оптимальной пористостью, распределением пор по размерам, распределением функциональных групп и зарядов на поверхности и степенью гидрофильности, что позволит эффективно формировать на их поверхности функциональные иерархически организованные селективные слои.