КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 16-19-10536

НазваниеВлияние структуры самоорганизующегося диффузионного слоя на транспортные свойства композиционных полимерных мембран на основе полиэлектролитных комплексов хитозана

РуководительСкорик Юрий Андреевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук, г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ 2016 г. - 2018 г. 

Конкурс№13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-206 - Нано- и мембранные технологии

Ключевые словаполимерные композиционные мультислойные пленки, структура, морфология, самоорганизация, полиэлектролитный комплекс, интерполимерный наноразмерный слой

Код ГРНТИ61.13.19


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Проект направлен на решение проблемы разработки научных основ конструирования и формирования композиционных полимерных мембран с управляемой наноструктурой, высокоэффективных в диффузионных процессах разделения. Проблема на сегодняшний день актуальна и не решена, поскольку связана с необходимостью развития новых подходов к созданию технологически простых методов управления структурно-морфологическими характеристиками мембраны. Она является одной из наиболее актуальных в мембранологии, поскольку ограничен спектр разработанных (используемых) эффективных мембран, характеризующихся высокой селективностью в процессах разделения пенетрантов, близких по своим физико-химическим свойствам. Потребность промышленности в экономичных процессах разделения, связанных с получением на одном из этапов высокочистых веществ, растет и инициирует разработку инновационных мембранных технологий для решения сложных разделительных задач, таких как абсолютирование этанола, разделение смесей толуола и гептана или смесей изомеров. Формирование упорядоченных диффузионных слоев первапорационных или газоразделительных мембран описано в литературе и используется в мировой практике как способ увеличения селективности. Показано, что существуют результативные способы получения самоорганизующихся диффузионных слоев путем формирования интерполимерных комплексов на стадии пленкообразования. Тем не менее, задача оптимизации и управления названными процессами до сих пор не решена, что крайне затрудняет получение мембран с воспроизводимыми свойствами. Причиной является отсутствие информации о структуре формируемых тонких слоев, установление которой представлялось невозможным до недавнего времени, а также о возможностях ее направленного изменения. Первапорационные мембраны, содержащие интерполимерные комплексы в составе диффузионных слоев, отличаются высокой производительностью и селективностью при выделении полярных жидкостей, и в первую очередь - воды, из сложных органических или водно-органических смесей. Данные свойства свидетельствуют о больших перспективах их использования при разработке инновационных технологий разделения. Работы в этой области показали, что целый ряд факторов - химическая структура полимеров, местоположение и количество взаимодействующих групп, состав комплексов, условия получения и последующей обработки материалов – могут оказывать определяющее влияние на транспортные свойства мембран. Авторами настоящего проекта будет предпринята попытка решения задачи изучения структурно-морфологических характеристик самоорганизующихся диффузионных слоев полимерных композиционных мембран и их влияния на транспортные свойства. Задача, на решение которой предполагается направить заявляемый проект, отличается абсолютной новизной, поскольку для постановки такой задачи необходимо, чтобы одна рабочая группа (коллектив соавторов) состояла из специалистов по формированию и исследованию транспортных свойств полимерных мембран, специалистов в области синтеза полимеров, а также по формированию интерполимерных комплексов и полимерных пленок, специалистов по изучению структуры тонких полимерных пленок, способных разработать новые методики для исследования полимерных слоев наноразмерной толщины. Кроме того, к решению данной задачи должно быть привлечено современное высокоинформативное оборудование, использование которого необходимо для изучения структуры и морфологии тонких или ультратонких полимерных пленок. Только в случае, когда складываются названные обстоятельства, в коллективе соавторов возможна постановка такой трудно решаемой задачи. И это одна из причин, почему она практически не ставилась в четком и явном виде до исследований авторов настоящего проекта. В работе по реализации проекта предполагается использовать новые для данного направления объекты, в том числе модельные системы, а также новые методики, специально разработанные для решения названной задачи. Таким образом, планируется, разработав и применив методики изучения структуры мультислойных композиционных полимерных пленок, получить уникальную информацию, позволяющую впервые визуализировать и исследовать структуру и морфологию на наноразмерном уровне разделительных слоев композиционных диффузионных мембран, а также корреляцию между структурой и транспортными характеристиками последних. На основании предварительных данных можно предположить, что будут получены мембраны, высоко-эффективные при первапорационном разделении водно-органических смесей, в частности – при удалении «примесной» воды и получении осушенного этанола («абсолютирование» этанола).

Ожидаемые результаты
Комплекс структурных методик, имеющийся в распоряжении группы, представляющей проект, во многом уникальный опыт, наработанный этим коллективом в изучении тонких полимерных пленок, позволят получить данные о процессе структурообразования как в объеме полимера, так и в тонких полимерных пленках в составе мультислойного композита. Ожидается, что структурный порядок можно дополнительно регулировать изменением условий формирования сверхтонких пленок и получать материалы с высоким уровнем проницаемости и селективности при разделении смесей жидкостей. Такая информация имеет особую ценность для формирования композиционных полимерных мембран аналитического и биотехнологического назначения, поскольку появляется возможность дополнительного усиления их избирательности за счет диффузионной составляющей разделения. Главный подход к формированию структурных характеристик в композите определяется специальным выбором полимерной пары для формирования интерполимерного комплекса. Планируется формирование и изучение мембран с диффузионными слоями из хитозана и сульфоэтилцеллюлозы, далее имеет смысл использовать более широкий спектр полисахаридов и, наконец, - применить найденные навыки и закономерности к изучению объектов на основе синтетических полимеров. Таким образом, планируется, разработав и применив методики изучения структуры мультислойных композиционных полимерных пленок, получить уникальную информацию, позволяющую впервые визуализировать и исследовать структуру и морфологию на наноразмерном уровне разделительных слоев композиционных диффузионных мембран, а также корреляцию между структурой и транспортными характеристиками последних. На основании предварительных данных можно предположить, что будут получены мембраны, высоко эффективные при первапорационном разделении водно-органических смесей, в частности – при удалении «примесной» воды и получении осушенного этанола («абсолютирование» этанола). Результаты исследования планируется опубликовать в серии из 10 статей в высокорейтинговых международных и отечественных научных журналах (Journal of Membrane Science, Polymer, Carbohydrate Polymers, International Journal of Biological Macromolecules, Кристаллография, Высокомолекулярные соединения и др.)


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В рамках решения проблемы разработки научных основ конструирования и формирования композиционных полимерных мембран с управляемой наноструктурой, высокоэффективных в диффузионных процессах разделения, в части решения конкретной задачи разработки композиционных материалов на основе полиэлектролитных комплексов (ПЭК) хитозана (ХАН), на первом этапе работы над проектом было проведено комплексное исследование от этапа синтеза и модификации полисахаридов до изучения первапорационных свойств мембран с диффузионными слоями на их основе. Получена серия образцов сульфоэтилцеллюлозы (СЭЦ) реакцией целлюлозы (древесной и хлопковой) с винилсульфонатом натрия. Идентификацию образцов проводили с помощью элементного анализа, 1H ЯМР спектроскопии, вискозиметрии. Разработана методика получения пленочных мультислойных композитов на основе ХАН на примере полимерных пар ХАН–СЭЦ, ХАН–ГУН (гиалуронат натрия), ХАН–АГ (альгинат натрия), а также ХАН–КАР (каррагинан). Методом рентгеновской дифрактометрии изучена структура мультислойных пленок (ХАН–ПЭК–полианион), а также составляющих композитные пленки полимеров. Дифрактограмма гидратированного ХАН, использованного в данной работе, характеризуется тремя четкими интенсивными рефлексами: 020 (2θ = 10.42°), 200 (2θ = 19.82°) и 220 (2θ = 22.44°). Показано, что при получении пленок ХАН из раствора в уксусной кислоте происходит изменение структурной упаковки гидратированного ХАН. При нанесении на гель-пленку ХАН раствора СЭЦ, ГУН, АГ или КАР на контактной границе образуется слой ПЭК, формирование которого сопровождается упорядочением хитозановых цепей в приповерхностной области, а его микроструктура зависит от природы контактирующих полимерных пар. Использование для формирования полиэлектролитных слоев ацетата ХАН (введение в композит поликатиона) позволило сформировать композитные пленки двух типов: ХАН–ПЭК–полианион и ХАН–ПЭК с различным соотношением противоионов. Согласно полученным данным, в случае полимерной пары ХАН–СЭЦ при соотношении концентрации противоионов 1:1 в области формирования ПЭК (область, где методом энерго-дисперсионной спектроскопии определяются оба полииона) происходит кристаллизация ХАН в форме наиболее стабильного безводного полиморфа. Полученные дифракционные картины характеризуют безводную форму полиморфной модификации ХАН (“аnnealed”), которая имеет три интенсивных рефлекса: 110 (2θ = 15°), 200 (2θ = 21.5°) и 210 (2θ = 23.7°). Степень структурирования ХАН для рассматриваемых полимерных пар убывала в ряду: ХАН–СЭЦ > ХАН–КАР > ХАН–ГУН > ХАН–АГ. На примере композиций СЭЦ–ХАН разработана методика исследования мультислойных полимерных пленок, в составе которых присутствуют наноразмерные полимерные слои. Изображения поверхностей и поперечных сколов композитных пленок получали на сканирующем электронном микроскопе Scios (FEI, США) с источником электронов FEG. Получены изображения поперечного среза композита СЭЦ-ХАН, полученные в сканирующем электронном микроскопе при различных ускоряющих напряжениях и данные моделирования взаимодействия пучка электронов с образцом. Показано, что при уменьшении энергии электронного пучка глубина проникновения падающих электронов значительно падает. Качество изображения улучшается прежде всего за счет того, что уменьшается количество "паразитных" сигналов, которые генерируется в том числе от многократного рассеяния обратно рассеянных электронов из глубины образца. Анализ профилей распределения элементов поперек скола композитной системы привел к выводу о присутствии в области границы слоев ХАН и СЭЦ промежуточного слоя, содержащего ПЭК. Получены первые данные с применением низковольтной микроскопии, в частности, изображение поперечного среза композита ХАН-СЭЦ в области границы раздела и профиль распределения азота и серы. Изучение полученных композиционных пленок в условиях процесса первапорации привело к необходимости формирования мультислойных первапорационных мембран на микропористых подложках. С этой целью в одинаковых условиях фазо-инверсионного процесса методом мокрого формования были получены градиентно-пористые пленки из ароматических полиамидоимидов. Образцы полиамидоимидов синтезированы в условиях одностадийной реакции низкотемпературной поликонденсации из N-(4-хлорформилфенил)-4-хлорформилфталимида и 4-4’-диаминодифенилового эфира (ПАИ1) или 4-4’-диаминодифенилсульфона (ПАИ2). В соответствии с установленными структурно-морфологическими особенностями, градиентно-пористые пленки были использованы для получения композиционных диффузионных мембран, причем предполагалось, что ПАИ2 наиболее пригодна для формирования бездефектной границы ПАИ-слоя с полиэлектролитной пленкой. Проведено исследование транспортных характеристик полученных композиционных мембран в процессах первапорации водно-органических смесей (изопропанол-вода, этанол-вода). Первые данные о транспортных свойствах пленок показали, что наиболее селективными при первапорационном разделении смесей спирт-вода являются образцы, содержащие противоионы в концентрационном соотношении 1:1. Данные образцы характеризуются наиболее низкой проницаемостью, что можно объяснить с позиции транспортной модели диффузии-сорбции. Мембраны с диффузионными слоями из полиэлектролитных комплексов на основе ХАН могут проявить широкий спектр транспортных свойств, в зависимости от выбранного полимерного противоиона, вида отрицательно заряженных функциональных групп и их концентрации в области интерполимерного контакта (например, зависит от степени замещения СЭЦ). На примере выделении воды из смеси, содержащей 96 % этанола, показано, что соотношение концентраций противоположно заряженных групп в ПЭК может существенно влиять на селективность мембраны при практически одинаковых потоках пенетрантов для различных мембран. Для установления роли структурно-морфологических характеристик на транспортные свойства мембран данного типа необходимо исследование структуры верхнего и внутренних слоев мультислойных мембран и исследование транспортных свойств композитов, содержащих слои XAH и полианионов на различных микропористых подложках.

 

Публикации

1. Петрова В.А., Орехов А.С., Черняков Д.Д., Баклагина Ю.Г., Романов Д.П., Кононова С.В., Володько А.В., Ермак И.М., Клечковская В.В., Скорик Ю.А. Preparation and analysis of multilayer composites based on polyelectrolyte complexes Crystallography Reports, V. 61, No. 6, P. 945-953 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1134/S1063774516060110

2. Петрова В.А., Черняков Д.Д., Москаленко Ю.Е., Гасилова Е.Р., Окатова О.В., Баклагина Ю.Г., Власова Е.Н., Скорик Ю.А. O,N-(2-sulfoethyl)chitosan: Synthesis and properties of solutions and films Carbohydrate Polymers, V. 157, P. 866–874 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.10.058

3. Черняков Д.Д., Петрова В.А., Баклагина Ю.Г., Гофман И.В., Скорик Ю.А. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОЛИСЛОЙНЫХ КОМПОЗИТОВ ХИТОЗАНА И АНИОННЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ ИЗВЕСТИЯ УФИМСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РАН, Т. 3, № 1, С. 99-102 (год публикации - 2016)

4. Кононова С.В., Баклагина Ю.Г., Кручинина Е.В., Петрова В.А., Ромашкова К.А., Орехов А.С., Клечковская В.В. СТРУКТУРА СИМПЛЕКСНЫХ МЕМБРАН НА ОСНОВЕ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ХИТОЗАНА МЕБРАНЫ-2016, ХIII Всероссийская научная конференция (с международным участием) МЕБРАНЫ-2016. Нижний Новгород, 10-14 октября 2016. С. 199-201. (год публикации - 2016)

5. Орехов А.С., Клечковская В.В., Петрова В.А., Баклагина Ю.Г., Кононова С.В. К ВОПРОСУ О ФОРМИРОВАНИИ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТНОГО СЛОЯ: СТРУКТУРА НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА МУЛЬТИСЛОЙНОЙ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА Первый российский кристаллографический конгресс, Первый российский кристаллографический конгресс. Сборник тезисов. Москва. 21-26 ноября 2016. С. 38. (год публикации - 2016)

6. Пошина Д.Н., Раик С.В., Скорик Ю.А. Синтез катионных производных хитозана ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ГЛИКОБИОЛОГИЯ, III ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ "ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ГЛИКОБИОЛОГИЯ" Владивосток, 07-12 сентября 2016 г., С. 108 (год публикации - 2016)


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В продолжение работ по проекту, направленному на разработку научных основ конструирования и формирования композиционных полимерных мембран с управляемой наноструктурой, высокоэффективных в диффузионных процессах разделения, на втором этапе проводилось исследование, включающее в себя синтез и функционализацию полисахаридов, получение композиционных пленочных материалов на их основе и изучение их транспортных свойств в первапорационных процессах разделения жидкостей. Поскольку конкретной задачей, на решение которой направлен проект, является разработка композиционных материалов на основе полиэлектролитных комплексов (ПЭК) хитозана, были приготовлены образцы мультислойных полимерных композитов типа ацетат хитозана–анионный полисахарид в солевой форме. С этой целью использовалась методика получения пленок симплексного типа, предложенная авторами проекта на предыдущем этапе работы при формировании полиэлектролитных пленок хитозан-сульфоэтилцеллюлоза, которая была уточнена применительно к альгинату натрия и каррагинану. Отдельное внимание уделялось получению, очистке и характеризации исходных материалов, в частности, оценке относительного количества функциональных групп в составе каждого используемого полиэлектролита. Попытка применения сульфоэтилхитозана для формирования на его основе диффузионной мембраны потребовала оптимизации условий синтеза данного полимера и дополнительного изучения его строения. Показано, что введение в молекулу ХАН уже небольшого количества сульфоэтильного заместителя способствует увеличению степени набухания по сравнению с исходным хитозаном, что безусловно отражается на условиях формирования и стабильность полиэлектролитной пленки, в связи с чем формирование мембраны с использованием данного полимера может быть предметом отдельного исследования. На примере полиэлектролитной пары хитозан–каррагинан показана возможность формирования высокоселективной симплексной мембраны с использованием сульфатированного полисахарида. Первапорационные свойства мультислойных мембран хитозан:ПЭК:λ-каррагинан толщиной 25–30 мкм были исследованы при 40°С при разделении водно-этанольных смесей, содержащих 4–50 мас.% воды. Изучалась зависимость концентрации воды в пермеате от ее концентрации в разделяемой смеси, которая иллюстрирует разделительные свойства исследуемой мембраны. Показано, что во всем названном интервале концентраций разделяемой смеси высокая избирательная способность мембраны практически не меняется, а концентрация воды в пермеате на первом цикле разделения составляет 99.8–100 мас.%. Исследовалась структура симплексных мембран данного типа до и после первапорации. На примере композитных мультислойных пленок хитозан–сульфоэтилцеллюлоза различной степени замещения рассматривалась возможность формирования мулитислойной мембраны последовательным нанесением слоев полиэлектролитов на рабочую поверхность асимметричной микропористой мембраны (подложки) из ароматического полиамидоимида. С этой целью был синтезирован реакцией низкотемпературной поликонденсации из N-(4-хлорформилфенил)-4-хлорформилфталимида и 4-4’-диаминодифенилсульфона ароматический полиамидоимид ПАИ2, на основе которого методом мокрого формования фазо-инверсионного процесса были приготовлены подложки. Исследование структурных и морфологических характеристик полученных мультислойных мембран потребовало совершенствования методики с применением низковольтной электронной микроскопии, позволяющей визуализировать граничную область полимер/полимер в составе тонких мультислойных пленок. Данная часть работы проводилась на примере системы ацетат хитозана–альгинат натрия. Полученные результаты, в совокупности с результатами исследования образцов хитозан–каррагинан и хитозан–сульфоэтилцеллюлоза, показали, что при низкой концентрации воды в разделяемой смеси вода-алифатический спирт определяющим фактором, влияющим на селективность первапорационного разделения, является структура полиэлектролитного слоя, при формировании которого на основе уксуснокислого хитозана данный полимер структурируется с преимущественным образованием наиболее энергетически выгодной аллотропной модификации безводного хитозана. С этой позиции поставлен вопрос о роли полимерной подложки и о ее возможном влиянии на структуру формируемого симплекса, поиску ответа на который предполагается уделить внимание на следующем этапе исследования. Таким образом, в результате формирования и изучения полиэлектролитных симплексных систем на втором этапе работы по проекту были не только получены образцы высокоселективных первапорационных мембран (хитозан–каррагинан для разделения смесей вода-этанол, хитозан–сульфоэтилцеллюлоза для разделения смесей вода-изопропанол), но и уникальная информация относительно влияния структуры симплексного слоя на свойства мультислойного композита.

 

Публикации

1. Кирошка В.В., Петрова В.А., Черняков Д.Д., Божкова Ю.О., Кирошка К.В., Баклагина Ю.Г., Романов Д.П., Кремнев Р.В., Скорик Ю.А. Influence of chitosan-chitin nanofiber composites on cytoskeleton structure and the proliferation of rat bone marrow stromal cells Journal of Materials Science: Materials in Medicine, V.28, No.1, article 21 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1007/s10856-016-5822-2

2. Кононова С.В., Володько А.В., Петрова В.А., Кручинина Е.В., Баклагина Ю.Г., Чусовитин Е.А., Скорик Ю.А. Pervaporation multilayer membranes based on a polyelectrolyte complex of λ-carrageenan and chitosan Carbohydrate Polymers, V.181, P.86–92 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.10.050

3. Кононова С.В., Кручинина Е.В., Петрова В.А., Баклагина Ю.Г., Ромашкова К.А., Орехов А.С., Клечковская В.В., Скорик Ю.А. Two-ply composite membranes with separation layers from chitosan and sulfoethylcellulose on a microporous support based on poly(diphenylsulfone–N-phenylphthalimide) Molecules, V.22, No.12, P. (год публикации - 2017)

4. Орехов А.С., Клечковская В.В., Кононова С.В. Low-Voltage Scanning Electron Microscopy of Multilayer Polymer Systems Crystallography Reports, V.62, No.5, P.710–715 (год публикации - 2017) https://doi.org/10.1134/S1063774517050145

5. Баклагина Ю.Г., Клечковская В.В., Кононова С.В., Петрова В.А., Пошина Д.Н., Орехов А.С., Скорик Ю.А. Polymorphic modifications of chitosan (review) Crystallography Reports, - (год публикации - 2018)

6. Кононова С.В., Володько А.В., Кручинина Е.В., Петрова В.А., Баклагина Ю.Г., Чусовитин Е.А., Скорик Ю.А. New multilayer membranes based on polyelectrolyte complex chitosan / lambda-carrageenan 9th International Symposium Molecular Mobility and Order in Polymer Systems. Book of Abstracts. St. Petersburg, Peterhof, June 19-23, 2017., P.206 (год публикации - 2017)

7. Скорик Ю.А., Петрова В.А., Орехов А.С., Черняков Д.Д., Баклагина Ю.Г., Романов Д.П., Кононова С.В., Клечковская В.В. Multilayer films based on polyelectrolyte complexes of chitosan with polyanions 13th International Conference of the European Chitin Society and 8th Symposium of the Iberoamerican Chitin Society. Book of Abstracts. Seville (Spain), May 31-June 3, 2017., P.121 (год публикации - 2017)


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В продолжение работ по проекту, направленному на разработку научных основ конструирования и формирования композиционных полимерных мембран с управляемой наноструктурой, высокоэффективных в диффузионных процессах разделения, на третьем этапе проводилось исследование, включающее в себя синтез и функционализацию полисахаридов (получение нанокомпозитов на основе хитозана с нановолокнами хитина), получение композиционных пленочных материалов на основе хитозана и гиалуроновой кислоты, изучение их структуры и транспортных свойств в первапорационных процессах разделения водно–органических смесей. Поскольку конкретной задачей проекта является разработка композиционных материалов на основе полиэлектролитных комплексов (ПЭК) хитозана, были приготовлены образцы мультислойных полимерных пленок типа хитозана–гиалуроновая кислота. С этой целью использовалась методика получения пленок симплексного типа, предложенная авторами проекта и опробованная на предыдущем этапе работы при формировании полиэлектролитных пленок хитозан–сульфоэтилцеллюлоза, хитозан–каррагинан. На примере полиэлектролитной пары хитозан–гиалуроновая кислота показана возможность формирования высокоселективной симплексной мембраны с использованием полисахарида с карбоксильными функциональными группами. Первапорационные свойства мультислойных мембран с диффузионными слоями хитозан–ПЭК–гиалуроновая кислота были исследованы при 40°С при разделении водно-этанольных смесей различных составов. Изучалась зависимость концентрации воды в пермеате от ее концентрации в разделяемой смеси, которая иллюстрирует разделительные свойства исследуемой мембраны. Показано, что в интервале концентраций воды 5–65 мас.% в разделяемой смеси наблюдается высокая избирательная способность мембраны, а концентрация воды в пермеате на первом цикле разделения в ряде случаев составляет 99.8–100 мас.%. Исследовалась структура симплексных мембран данного типа до и после первапорации. Рассматривалась возможность формирования мультислойной мембраны последовательным нанесением слоев полиэлектролитов на рабочую поверхности асимметричных микропористых мембран (подложек) из ароматического полиамидоимида. С этой целью был синтезирован реакцией низкотемпературной поликонденсации из N-(4-хлорформилфенил)-4-хлорформилфталимида и 4-4’-диаминодифенилсульфида ароматический полиамидоимид, на основе которого методом мокрого формования фазо-инверсионного процесса была приготовлена микропористая подложка. Исследование структурных и морфологических характеристик полученных мультислойных мембран потребовало совершенствования методики с применением низковольтной электронной микроскопии, позволяющей визуализировать граничную область полимер/полимер в составе тонких мультислойных пленок. Развитие в рамках метода LVSEM методики позволило на примере хитозан–ПЭК–гиалуроновая кислота в сочетании с предшествующим анализом данных для мультислойных систем хитозан–каррагинан и хитозан–сульфоэтилцеллюлоза установить очевидную полимер–полимерную границу в мультислойных композитах, а также различие в микроструктуре слоев ПЭК. Показано, что фактором, влияющим на селективность первапорационного разделения, является структура ПЭК-слоя, при формировании которого на основе уксуснокислого хитозана данный полимер структурируется с преимущественным образованием наиболее энергетически выгодной полиморфной модификации безводного хитозана. Формирование полиэлектролитных слоев на поверхности подложки нанесением их из раствора хитозана и гиалуроновой кислоты в различной очередности, приводит к формированию мультислойных композитов с различными структурно-морфологическими и транспортными характеристиками.

 

Публикации

1. Кононова С.В., Кручинина Е.В., Петрова В.А., Баклагина Ю.Г., Клечковская В.В., Орехов А.С., Власова Е.Н., Попова Е.Н., Губанова Г.Н., Скорик Ю.А. Pervaporation membranes of a simplex type with polyelectrolyte layers of chitosan and hyaluronan Carbohydrate Polymers, - (год публикации - 2019)

2. Кононова С.В., Кручинина Е.В., Петрова В.А., Баклагина Ю.Г., Ромашкова К.А., Орехов А.С., Клечковская В.В. Polyelectrolyte complexes of sulfoethyl cellulose–chitosan: effect of the structure on separation properties of multilayer membranes Cellulose, V. 25, No. 12, P. 7239–7259 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1007/s10570-018-2050-6

3. Орехов А.С., Архарова Н.А., Кононова С.В., Клечковская В.В. Low-Voltage Scanning Electron Microscopy and Energy-Dispersive X-Ray Microanalysis of the Interface of Multilayer Polymer Composite Crystallography Reports, V. 63, No. 5, P. 745–748. (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1134/S1063774518050206

4. Клечковская В.В., Баклагина Ю.Г., Кононова С.В., Петрова В.А., Скорик Ю.А. Многообразие конформационных характеристик цепей хитозана при кристаллизации из растворов органических и неорганических кислот ПРОГРАММА И ТЕЗИСЫ IX Национальной кристаллохимической конференции, Суздаль, 4–8 июня 2018 г., C. 59 (год публикации - 2018)

5. Кононова С.В., Кручинина Е.В., Петрова В.А., Скорик Ю.А., Орехов А.С., Клечковская В.В. Полиэлектролитные комплексы хитозана: влияние структуры на разделительные свойства первапорационных мембран симплексного типа "Экстракция и мембранные методы в разделении веществ" Тезисы докладов Международной конференции, посвящённой 90-летию со дня рождения академика Б.А. Пурина. Москва, 3 декабря 2018 г., C. 104-105 (год публикации - 2018)

6. Скорик Ю.А., Кононова С.В., Кручинина Е.В., Петрова В.А., Баклагина Ю.Г., Орехов А.С., Клечковская В.В. Pervaporation multilayer membranes based on polyelectrolyte complexes of chitosan and anionic polysaccharides Book of Abstracts 29th International Carbohydrate Symposium, Universidade de Lisboa, 14th – 19th July 2018, P. 668 (год публикации - 2018)


Возможность практического использования результатов
не указано