vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2023-68-3-234-241vestift-810Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERГидрофобизация пэтф-поверхностей для разделения эмульсий типа «вода в масле»Hydrophobization of petf-surfaces for water-in-oil emulsions separationshttps://orcid.org/0000-0003-4891-7523МельниковаГ. Б.MelnikovaG. B.

Мельникова Галина Борисовна, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

ул. Сатбаева, 2, 1000, Астана, Республика Казахстан

Galina B. Melnikova, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Senior Researcher

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk

2, Satbaev Str., 1000, Astana, Republic of Kazakhstan

galachkax@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8355-8867СоломянскийА. Е.SalamianskiA. E.

Соломянский Александр Ефимович, кандидат химических наук, доцент, ведущий научный сотрудник

ул. Ф. Скорины, 36, 220141, Минск

Aliaxander E. Salamianski, Cand. Sci. (Chemistry), Leading Researcher

36, F. Skaryna Str., 220141, Minsk

solasy@gmail.comТолстаяТ. Н.TolstayaT. N.

Толстая Татьяна Николаевна, научный сотрудник

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Tatyana N. Tolstaya, Researcher

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk

tolstaya.tn@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3883-2921АкуловаВ. М.AkulovaV. M.

Акулова Виктория Максимовна, младший научный сотрудник

ул. Ф. Скорины, 36, 220141, Минск

Victorya M. Akulova, Junior Researcher

36, F. Skaryna Str., 220141, Minsk

SinSagi@outlook.comhttps://orcid.org/0000-0002-5301-0195ЧижикС. А.ChizhikS. A.

Чижик Сергей Антонович, академик Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией нанопроцессов и технологий

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск

Sergei A. Chizhik, Academician of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Chief of the Laboratory of Nanoprocesses and Technologies

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk

chizhik_sa@tut.byКорольковИ. В.KorolkovI. V.

Илья Владимирович, кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник технологической лаборатории трековых мембран

ул. Сатбаева, 2, 1000, Астана

ул. Ибрагимова, 1, 050032, Алматы

ул. Мира, 19, 620002, Екатеринбург, Российская Федерация

Ilya V. Korolkov, Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Senior Researcher of the Technological Laboratory of Track-Etched Membrane

2, Satbaev Str., 1000, Astana

1, Ibragimov Str., 050032 Almaty

19, Mira Str., 620002, Ekaterinburg, Russian Federation

i.korolkov@inp.kzhttps://orcid.org/0000-0002-0923-5506МуслимоваИ. Б.MuslimovaI. B.

Муслимова Индира Базарбаевна, магистр химических наук, научный сотрудник технологической лаборатории трековых мембран

ул. Сатбаева, 2, 1000, Астана

ул. Ибрагимова, 1, 050032, Алматы

 

Indira B. Muslimova, Master of Chemistry, Researcher of the Technological Laboratory of Track-Etched Membrane

2, Satbaev Str., 1000, Astana

1, Ibragimov Str., 050032 Almaty

bazarbaykyzy@list.ruЖуманазарН. Н.ZhumanazarN. N.

Жуманазар Нурдаулет Нуртайулы, магистр химических наук, инженер технологической лаборатории трековых мембран

ул. Сатбаева, 2, 1000, Астана

ул. Ибрагимова, 1, 050032, Алматы

Nurdaulet N. Zhumanazar, Master of Chemistry, Engineer of the Technological Laboratory of Track-Etched Membrane

2, Satbaev Str., 1000, Astana

1, Ibragimov Str., 050032 Almaty

nurdauletzhumanazar@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-2992-1375ЗдоровецМ. В.ZdorovetsM. V.

Здоровец Максим Владимирович, кандидат физико-математических наук, профессор, директор

ул. Сатбаева, 2, 1000, Астана

ул. Ибрагимова, 1, 050032, Алматы

ул. Мира, 19, 620002, Екатеринбург, Российская Федерация

Maxim V. Zdorovets, Cand. Sci. (Physics and Mathematics), Professor, Director

2, Satbaev Str., 1000, Astana

1, Ibragimov Str., 050032 Almaty

19, Mira Str., 620002, Ekaterinburg, Russian Federation

mzdorovets@inp.kzИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси ; Евразийский национальный университет имени Н. ГумилеваA. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of Belarus ; L. N. Gumilyov Eurasian National UniversityИнститут химии новых материалов Национальной академии наук БеларусиInstitute of Chemistry of New Materials of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук БеларусиA. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of BelarusЕвразийский национальный университет имени Н. Гумилева ; Институт ядерной физики Министерства энергетики Республики Казахстан ; Уральский федеральный университетL. N. Gumilyov Eurasian National University ; The Institute of Nuclear Physics of the Ministry of Energy of the Republic of Kazakhstan ; Ural Federal UniversityЕвразийский национальный университет имени Н. Гумилева ; Институт ядерной физики Министерства энергетики Республики КазахстанL. N. Gumilyov Eurasian National University ; The Institute of Nuclear Physics of the Ministry of Energy of the Republic of Kazakhstan202303102023683234241Copyright © Мельникова Г.Б., Соломянский А.Е., Толстая Т.Н., Акулова В.М., Чижик С.А., Корольков И.В., Муслимова И.Б., Жуманазар Н.Н., Здоровец М.В., 20232023Мельникова Г.Б., Соломянский А.Е., Толстая Т.Н., Акулова В.М., Чижик С.А., Корольков И.В., Муслимова И.Б., Жуманазар Н.Н., Здоровец М.В.Melnikova G.B., Salamianski A.E., Tolstaya T.N., Akulova V.M., Chizhik S.A., Korolkov I.V., Muslimova I.B., Zhumanazar N.N., Zdorovets M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/810

Разработана модификация поли(этилентерефталатных) трековых мембран (ПЭТФ ТМ) для увеличения разделения водомасляных эмульсий. Описано разделение эмульсий типа «вода в масле» с использованием ПЭТФ ТМ с правильной геометрией пор и размером пор 200 и 350 нм. Мембраны модифицированы октадецилтрихлорсиланом методом спин-коатинга для повышения их гидрофобных свойств. Представлены результаты изменения диаметров пор и угла смачивания после модификации ПЭТФ ТМ. Структура образцов изучена методами атомносиловой и сканирующей электронной микроскопии. Методом газопроницаемости определен размер пор мембран. Эмульсии хлороформ–вода и н-гексадекан–вода использовали в качестве тестовой жидкости для разделения эмульсий типа «вода в масле». При вакууме 700 мбар удельные показатели фильтрации эмульсий хлороформ : вода составляли 51,5 и 932,0 л/(м2⋅ч), гексадекан : вода – 46,1 и 203,4 л/(м2⋅ч) для ПЭТФ-200/ОТС и ПЭТФ-350/ОТС соответственно. Степень очистки эмульсий модифицированными мембранами по показателю преломления составила 100 %. Полученные трековые мембраны могут применяться для разделения водонефтяных эмульсий с целью предотвращения коррозии трубопроводов и изменения вязкости нефти, а также при очистке воды от отходов нефтяной промышленности.

The technique of poly(ethylene terephthalate) track-etched membranes (PETF TMs) modification to increase of water-in-oil emulsions separations is developed. The water-in-oil emulsions separations by using PETF TMs with regular pore geometry and pore sizes 200 and 350 nm is described in the article. PETF TMs were modified with octadecyltrichlorosilane by spin-coating method to increase their hydrophobic properties. The results of changes in the pore diameters and the contact angle after PETF TMs modification are presented. The obtained samples were characterized by AFM, SEM and gas permeability test. Chloroform–water and n-hexadecane–water emulsions have been used as a test liquid for water-in-oil emulsions separations. At an operating vacuum of 700 mbar, the specific filtration performance of chloroform: water emulsions were 51.5 and 932.0 l/(m2 ⋅ h), hexadecane: water were 46.1 and 203.4 l/(m2 ⋅ h) for PETF-200 / OTS and PETF-350 / OTS, respectively. The degree of purification of emulsions by modified membranes according to the refractive index is of 100 %. Obtained membranes can be used to separate oil-water emulsions in order to prevent the corrosion of pipelines and changes of crude oil viscosity, as well as the treatment of water purification from oil industry waste.

трековые мембраныоктадецилтрихлорсиланатомно-силовая микроскопияугол смачиваниясвободная поверхностная энергиягидрофобностьtrack-etched membranesoctadecyltrichlorosilaneatomic force microscopycontact anglefree surface energyhydrophobicityРабота выполнена в рамках гранта Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № Т22МС-029) и гранта Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан (грант № AP09057934).ReferencesXiaoming Luo, Haiyang Gong, Juhang Cao, Haoran Yin, Yaipeng Yan, Limin He. Enhanced separation of water- in-oil emulsions using ultrasonic standing waves. Chemical Engineering Science, 2019, vol. 203, pp. 285–292. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.04.002Xiaoming Luo, Haiyang Gong, Juhang Cao, Haoran Yin, Yaipeng Yan, Limin He. Enhanced separation of water- in-oil emulsions using ultrasonic standing waves. Chemical Engineering Science, 2019, vol. 203, pp. 285–292. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.04.002Qing W. Robust superhydrophobic-superoleophilic polytetrafluoroethylene nanofibrous membrane for oil/water separation. Journal of Membrane Science, 2017, vol. 540, pp. 354–361. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.06.060Qing W. Robust superhydrophobic-superoleophilic polytetrafluoroethylene nanofibrous membrane for oil/water separation. Journal of Membrane Science, 2017, vol. 540, pp. 354–361. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.06.060Korolkov I. V., Narmukhamedova A. R., Melnikova G. B., Muslimova I. B., Yeszhanov A. B., Zhatkanbayeva Zh. K., Chizhik S. A., Zdorovets M. V. Preparation of Hydrophobic PET Track-Etched Membranes for Separation of Oil–Water Emulsion. Membranes, 2021, vol. 11, no. 8, p. 637. https://doi.org/10.3390/membranes11080637Korolkov I. V., Narmukhamedova A. R., Melnikova G. B., Muslimova I. B., Yeszhanov A. B., Zhatkanbayeva Zh. K., Chizhik S. A., Zdorovets M. V. Preparation of Hydrophobic PET Track-Etched Membranes for Separation of Oil–Water Emulsion. Membranes, 2021, vol. 11, no. 8, p. 637. https://doi.org/10.3390/membranes11080637Yuzhang Zhu, Dong Wang, Lei Jiang, Jian Jin Recent progress in developing advanced membranes for emulsified oil/water and gas separation. NPG Asia Materials, 2014. vol. 6, no. 5, p. e101 (11). https://doi.org/10.1038/am.2014.23Yuzhang Zhu, Dong Wang, Lei Jiang, Jian Jin Recent progress in developing advanced membranes for emulsified oil/water and gas separation. NPG Asia Materials, 2014. vol. 6, no. 5, p. e101 (11). https://doi.org/10.1038/am.2014.23Chao-Hua Xue, Peng-Ting Ji, Ping Zhang, Ya-Ru Li, Shun-Tian Jia Fabrication of superhydrophobic and superoleophilic textiles for oil-water separation. Applied Surface Science, 2013, vol. 284, pp. 464–471. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.07.120Chao-Hua Xue, Peng-Ting Ji, Ping Zhang, Ya-Ru Li, Shun-Tian Jia Fabrication of superhydrophobic and superoleophilic textiles for oil-water separation. Applied Surface Science, 2013, vol. 284, pp. 464–471. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.07.120Zhongxin Xue, Shutao Wang, Ling Lin, Li Chen, Mingjie Liu, Lin Feng, Lei Jiang. A novel superhydrophilic and under water superoleophobic hydrogel-coated mesh for oil/water separation. Advanced Materials, 2011, vol. 23, no. 37, pp. 4270–4273. https://doi.org/10.1002/adma.201102616Zhongxin Xue, Shutao Wang, Ling Lin, Li Chen, Mingjie Liu, Lin Feng, Lei Jiang. A novel superhydrophilic and under water superoleophobic hydrogel-coated mesh for oil/water separation. Advanced Materials, 2011, vol. 23, no. 37, pp. 4270–4273. https://doi.org/10.1002/adma.201102616Padaki M., Murali R. S., Abdullah M. S., Misdan N., Moslehyani A., Kassim M. A., Hilal N., Ismail A. F. Membrane technology enhancement in oil-water separation: A review. Desalination, 2015, vol. 357, pp. 197–207. https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.11.023Padaki M., Murali R. S., Abdullah M. S., Misdan N., Moslehyani A., Kassim M. A., Hilal N., Ismail A. F. Membrane technology enhancement in oil-water separation: A review. Desalination, 2015, vol. 357, pp. 197–207. https://doi.org/10.1016/j.desal.2014.11.023Hao-Cheng Yang, Jingwei Hou, Vicki Chen, Zhi-Kang Xu. Janus membranes: exploring duality for advanced separation. Angewandte Chemie. Internatonal Edition, 2016, vol. 55, no. 43, pp. 13398–13407. https://doi.org/10.1002/anie.201601589Hao-Cheng Yang, Jingwei Hou, Vicki Chen, Zhi-Kang Xu. Janus membranes: exploring duality for advanced separation. Angewandte Chemie. Internatonal Edition, 2016, vol. 55, no. 43, pp. 13398–13407. https://doi.org/10.1002/anie.201601589Mimi Tao, Lixin Xue, Fu Liu, Lei Jiang. An intelligent superwetting PVDF membrane showing switchable transport performance for oil/water separation. Advanced Materials, 2014, vol. 26, no. 18, pp. 2943–2948. https://doi.org/10.1002/adma.201305112.Mimi Tao, Lixin Xue, Fu Liu, Lei Jiang. An intelligent superwetting PVDF membrane showing switchable transport performance for oil/water separation. Advanced Materials, 2014, vol. 26, no. 18, pp. 2943–2948. https://doi.org/10.1002/adma.201305112.Yibin Wei, Hong Qi, Xiao Gong, Shuaifei Zhao. Specially wettable membranes for oil-water separation. Advanced Materials Interfaces, 2018. vol. 5, no. 23, pp. 1800576 (27). https://doi.org/10.1002/admi.201800576Yibin Wei, Hong Qi, Xiao Gong, Shuaifei Zhao. Specially wettable membranes for oil-water separation. Advanced Materials Interfaces, 2018. vol. 5, no. 23, pp. 1800576 (27). https://doi.org/10.1002/admi.201800576Bassyouni M., Abdel-Aziz M. H., Zoromba M. Sh., Abdel-Hamid S. M. S. A review of polymeric nanocomposite membranes for water purification. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2019, vol. 73, pp. 19–46. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.01.045Bassyouni M., Abdel-Aziz M. H., Zoromba M. Sh., Abdel-Hamid S. M. S. A review of polymeric nanocomposite membranes for water purification. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2019, vol. 73, pp. 19–46. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2019.01.045Asadi A., Zinatizadeh A. A., Loosdrecht M. V. Hygienic water production in an innovative air lift bioreactor followed by high antifouling ultrafiltration membranes modified by layer-by-layer assembly. Journal of Cleaner Production, 2018, vol. 182, pp. 27–37. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.02.037Asadi A., Zinatizadeh A. A., Loosdrecht M. V. Hygienic water production in an innovative air lift bioreactor followed by high antifouling ultrafiltration membranes modified by layer-by-layer assembly. Journal of Cleaner Production, 2018, vol. 182, pp. 27–37. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.02.037Jiale Yong, Yao Fanf, Feng Chen, Jinglan Huo, Qing Yang, Hao Bian, Guangqing Du, Xun Hou. Femtosecond laser ablated durable superhydrophobic PTFE films with micro-through-holes for oil/water separation: separating oil from water and corrosive solutions. Applied Surface Science, 2016, vol. 389, pp. 1148–1155. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.07.075Jiale Yong, Yao Fanf, Feng Chen, Jinglan Huo, Qing Yang, Hao Bian, Guangqing Du, Xun Hou. Femtosecond laser ablated durable superhydrophobic PTFE films with micro-through-holes for oil/water separation: separating oil from water and corrosive solutions. Applied Surface Science, 2016, vol. 389, pp. 1148–1155. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.07.075Kravets L. I., Yarmolenko M. A., Rogachev A. V., Gainutdinov R. V., Altynov V. A., Lizunov N. E. Formation of hydrophobic and superhydrophobic coatings on the surface of track membranes to create composite membranes for water desalination. Colloid Journal, 2022, vol. 84, no. 4, pp. 433–452. https://doi.org/10.31857/S0023291222040085Kravets L. I., Yarmolenko M. A., Rogachev A. V., Gainutdinov R. V., Altynov V. A., Lizunov N. E. Formation of hydrophobic and superhydrophobic coatings on the surface of track membranes to create composite membranes for water desalination. Colloid Journal, 2022, vol. 84, no. 4, pp. 433–452. https://doi.org/10.31857/S0023291222040085Ho Chia-Chi C., Zydney A. L. Theoretical analysis of the effect of membrane morphology on fouling during microfiltration. Separation Science and Technology, 1999, vol. 34, iss. 13, pp. 2461–2483. https://doi.org/10.1081/SS-100100785Ho Chia-Chi C., Zydney A. L. Theoretical analysis of the effect of membrane morphology on fouling during microfiltration. Separation Science and Technology, 1999, vol. 34, iss. 13, pp. 2461–2483. https://doi.org/10.1081/SS-100100785Guillen-Burrieza E., Servi A., Boor S. L., Hassan A. A. Membrane structure and surface morphology impact on the wetting of MD membranes. Journal of Membrane Science, 2015, vol. 483, pp. 94–103. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.02.024Guillen-Burrieza E., Servi A., Boor S. L., Hassan A. A. Membrane structure and surface morphology impact on the wetting of MD membranes. Journal of Membrane Science, 2015, vol. 483, pp. 94–103. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2015.02.024Korolkov I. V., Mashentseva A. A., Guven O., Niyazova D. T., Barsbay M., Zdorovets M. V. The effect of oxidizing agents / systems on the properties of track-etched PET Membranes. Polymer Degradation and Stability, 2014, vol. 107, pp. 150–157. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2014.05.008Korolkov I. V., Mashentseva A. A., Guven O., Niyazova D. T., Barsbay M., Zdorovets M. V. The effect of oxidizing agents / systems on the properties of track-etched PET Membranes. Polymer Degradation and Stability, 2014, vol. 107, pp. 150–157. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2014.05.008Kaniukov E. Yu., Shumskaya E. E., Yakimchuk D. V., Kozlovskiy A. L., Ibragimova M. A., Zdorovets M. V. Evolution of the polyethylene terephthalate track membranes parameters at the etching process. Journal of Contemporary Physics, 2017, vol. 52, no. 2, pp. 155–160. https://doi.org/10.103103/S1068337217020098Kaniukov E. Yu., Shumskaya E. E., Yakimchuk D. V., Kozlovskiy A. L., Ibragimova M. A., Zdorovets M. V. Evolution of the polyethylene terephthalate track membranes parameters at the etching process. Journal of Contemporary Physics, 2017, vol. 52, no. 2, pp. 155–160. https://doi.org/10.103103/S1068337217020098

The authors declare that there are no conflicts of interest present.