Изменение структурных характеристик и состояния воды в композиционных полисульфоновых и полиэфирсульфоновых мембранах

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В работе представлены результаты интерпретации и анализа ИК-НПВО спектров композиционных ультрафильтрационных (УФ) мембран из полисульфона (ПС) и полиэфирсульфона (ПЭС) в воздушносухом и водонасыщенном состояниях с целью оценки структурных изменений активного слоя, вызванных статическим и динамическим водонасыщением. Сравнительный анализ ИК-спектров воздушносухого и водонасыщенного образцов установил, что в области скелетных колебаний частоты полос поглощения функциональных групп ПС и ПЭС не происходит смещений. Это позволяет утверждать о стабильности химической структуры матрицы активного слоя мембран данного типа. Проявление в ИК-НПВО спектрах УФ мембран воздушносухого состояния широкой полосы поглощения при ~3305 см–1 предполагает наличие в активном слое ПС и ПЭС суперпозиции различных OH--групп, участвующих в образованиях N-мерных водородных связей.

Относительные изменения формы и интенсивности полосы с высокочастотной стороны спектра для водонасыщенных образцов скрывают перераспределение водородных связей адсорбированной воды и ОН- – группами полиэтиленглиголя (ПЭГ), и позволяют предположить, что структура воды в поровом пространстве активного слоя мембраны существенно меняется, демонстрируя увеличение слабосвязанной “жидкой воды”. Уменьшение количества молекул ПЭГ является регулярным, вероятнее всего, при значительной гидратации молекул ПЭГ в адсорбированной воде и свидетельствует о частичном вымывании (выщелачивании), но не полном исчезновении.

Full Text

Restricted Access

About the authors

С. И. Лазарев

Тамбовский государственный технический университет

Author for correspondence.
Email: lazarev.sergey.1962@mail.ru
Russian Federation, Советская, 106, Тамбов, 392000

Ю. М. Головин

Тамбовский государственный технический университет

Email: lazarev.sergey.1962@mail.ru
Russian Federation, Советская, 106, Тамбов, 392000

Э. Ю. Яновская

Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова

Email: lazarev.sergey.1962@mail.ru
Russian Federation, Островитянова, 1, Москва, 117997

О. В. Долгова

Тамбовский государственный технический университет

Email: lazarev.sergey.1962@mail.ru
Russian Federation, Советская, 106, Тамбов, 392000

И. В. Хорохорина

Тамбовский государственный технический университет

Email: lazarev.sergey.1962@mail.ru
Russian Federation, Советская, 106, Тамбов, 392000

References

  1. Nazif A., Karkhanechi H., Saljoughi E. at el. // Journal of Water Process Engineering. 2022. V. 47. 102706. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2022.102706
  2. Liu Y., Wang J. // J. Membr. Sci. 2020. V. 596. P. 1016. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.117591
  3. Harris J.E. // Polysulfone. Engineering Thermoplastics. CRC Press. 2020.
  4. Kheirieh S., Asghari M., Afsari M. // Reviews in Chemical Engineering. 2018. V. 34. № 5 . P. 657. doi: 10.1515/revce-2017-0011
  5. Serbanescu O.S., Voicu S.I., Thakur V.K. // Materials today chemistry. 2020. V. 17. 100302. https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2020.100302
  6. Abdel-Karim A., Leaper S., Alberto M. et al. // Chemical Engineering Journal. 2018. V. 334. Р. 789. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.10.069
  7. Лазарев С.И., Хорохорина И.В., Филимонова О.С. и др. // Вестник технологического университета. 2024. Т.27. №7. С. 62.
  8. Ma Y., Shi F., Ma J. // Desalination. 2011. V. 272. №1–3. Р. 51. doi: 10.1016/j.desal.2010.12.054
  9. Zhu J., Liao J., Jin W. et al. // Reactive and Functional Polymers. 2019. № 138. Р.104. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2019.02.006
  10. Yu S., Zhua J., Liao J. et al. // Separation and Purification Technology. 2021. V. 257. 117874. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117874
  11. Belfer S., Fainchtain R., Purinson Y. et al. // Journal of Membrane Science. 2000. V. 172. P. 113–124. https://doi.org/10.1016/S0376-7388(00)00316-1
  12. Sinha M.K., Purkait M.K. // Journal of Membrane Science. 2013. V. 437 P. 7. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2013.03.003
  13. Лазарев С.И., Головин Ю.М., Хорохорина И.В. и др. // Исследования поверхностного ацетатцеллюлозного слоя в композиционных мембранах методом колебательной спектроскопии. Химическая физика. 2020. Т. 39. № 9. С. 80. doi: 10.31857/S0207401X20090071
  14. Drzewinski M.A. // Properties of sulfonated polysulfone ionomers. Amherst: University of Massachusetts. 1982. https://doi.org/https://doi.org/10.7275/ahx7-wp52
  15. Naim R., Ismail A.F., Saidi H. et al. // Reg. Symp. on Membrane Science Technology. 2004. № 1. P. 21.
  16. Snyder G., Liang G.L., Strauss H.L. et al. // Biophysical Journal. 1996. V. 71. Р. 3186. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(96)79512-7
  17. Varga Z., Mihály J., Berényi S. et al. // Eur. Polym. 2013. V. 49. № 9. P. 2415. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2013.02.025
  18. Rozenberg M., Loewenschuss A., Marcus Y. // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 1998. V. 54. № 12. P. 1819. https://doi.org/10.1016/S1386-1425(98)00062-6
  19. Reddy Polu A., Kumar R. // E-Journal of Chemistry. 2011. V. 8. P. 347. https://doi.org/10.1155/2011/628790
  20. DuChanois R.M., Porter C.J., Violet C.E. et al. // Advanced Materials. 2021. V. 33. № 38. P. 2101312. https://doi.org/10.1002/adma.202101312
  21. Kataoka T., Kidowaki M., Zhao C. et al.// The J. of Physical Chemistry B. 2006. V. 48. № 110. P. 24377. https://doi.org/10.1021/jp0649246
  22. Луговской A.A., Поплавский Ю.Л., Сердюков В.И. и др. // Оптика атмосферы и океана. 2011. Т. 24. № 5. С. 418.
  23. Abou-Alkheer M.M., Oraby H., El-Hefnawy M. et al. // Sciences. 2015. № 5. Р. 58.
  24. Салахов М.Х., Камалова Д.И., Харинцев С.С. // Ученые записки Казанского государственного университета. Сер.: Физ.-мат. науки. 2005. Т. 147. № 2. С. 116.
  25. Пейнтер П., Коулмен М., Кениг Дж. / Теория колебательной спектроскопии. Приложение к полимерным материалам. М. : Мир. 1986. 580 с.
  26. Лазарев С.И., Головин Ю.М., Родионов Д.А. // Журнал физической химии. 2021. Т. 95. № 10. С. 1578.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Copies of IR-ATR spectra of UV PS membrane samples in 2 spectral regions from 500 cm–1 to 1750 cm–1 and from 2750 cm–1 to 3750 cm–1. (samples: a – air-dry (non-working), b – water-saturated, c – working)

Download (26KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Diagram of the reduced peak intensities of the absorption bands at 2853 cm–1, 1645 cm–1, 3550 cm–1 for UV PS membrane samples (samples: a – air-dry (non-working), b – water-saturated, c – working)

Download (13KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Copies of IR-ATR spectra of UV PES membrane samples in 2 spectral regions from 500 cm–1 to 1750 cm–1 and from 2750 cm–1 to 3750 cm–1 (samples: a – air-dry (non-working), b – water-saturated, c – working)

Download (29KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Diagram of the reduced peak intensities of the absorption bands at 2854 cm–1, 1653 cm–1, 3550 cm–1 for samples of the UV PES membrane (samples: a – air-dry (non-working), b – water-saturated, c – working)

Download (12KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Micrograph and three-dimensional graph of the polymer drainage layer of the polysulfone membrane: a – dry sample; b – working sample

Download (46KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Micrograph and 3D graph of the polymer drainage layer of the polyethersulfone membrane: a – dry sample; b – working sample

Download (39KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences