Розробка технології одержання фільтрувального матеріалу з використанням нових хімічно допоміжних речовин
Вантажиться...
Дата
2026
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Гапонюк А. С. Розробка технології одержання фільтрувального матеріалу з використанням нових хімічно допоміжних речовин. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 «Хімічна технологія та інженерія» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026.
Дисертаційна робота присвячена розробці технології одержання фільтрувального матеріалу з модифікованих целюлозних волокон із недеревної рослинної сировини для застосування у фільтраційних процесах. Виробництво фільтрувального матеріалу із екологічно безпечної сировини, насамперед недеревної рослинної сировини, з використанням ресурсоефективних технологій дозволяє розширити можливості їх застосування в системах водоочищення та розглядати їх як альтернативу традиційним матеріалам. Для збільшення ефективності процесів очищення виникає необхідність пошуку способів модифікування целюлозного волокна та покращення композиційного складу з метою надання фільтраційному матеріалу підвищених сорбційних властивостей. Використання в цих цілях функціонально активних та доступних матеріалів, таких як епіхлоргідрин (ЕХГ), триетаноламін (ТЕА), бентоніт, активоване вугілля та зв’язувальний компонент – полівініловий спирт дасть змогу отримати фільтрувальний матеріал, що може бути використаний у сучасних системах водоочищення. Тому розроблення ресурсоефективного процесу одержання фільтрувального матеріалу з модифікованого целюлозного волокна є актуальною науковопрактичною задачею. Мета дисертаційної роботи полягає в науковому обґрунтуванні та розробленні ресурсоефективної технології одержання фільтрувального матеріалу на основі модифікованих целюлозних волокон з недеревної рослинної сировини. Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: вперше теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено доцільність використання окисно-органосольвентної целюлози зі стебел міскантусу як основи для створення фільтрувального матеріалу, а також розроблено склад амінуючої суміші та визначено оптимальні умови її застосування. Встановлено вплив полівінілового спирту як гідрофобізуючого компонента в процесі виготовлення фільтрувального матеріалу на основі целюлозних волокон, при цьому експериментально доведено ефективність використання розробленого матеріалу для очищення води, забрудненої іонами Fe3+. Удосконалено підходи до модифікування вуглецевого наповнювача та визначено його оптимальні витрати для ефективної роботи фільтрувального целюлозного матеріалу. Обґрунтовано можливість повторного використання відпрацьованих щолоків процесу делігніфікації рослинної сировини, що сприяє підвищенню ресурсоефективності технології та зменшенню екологічного навантаження. Практичне значення отриманих результатів дисертаційної роботи мають прикладне значення для розроблення ресурсоефективної та екологічно безпечної технології переробки стебел міскантусу з отриманням функціоналізованої целюлози для виробництва фільтрувальних матеріалів. Запропоновані підходи до модифікування целюлозного волокна триетаноламіном та епіхлоргідрином дозволяють значно покращити фільтраційні характеристики отриманих фільтрувальних матеріалів, що забезпечує їх ефективне застосування для очищення вод, забруднених іонами заліза. Оптимізовано умови застосування полівінілового спирту, що сприяє покращенню механічної стабільності та експлуатаційних властивостей матеріалу. Досліджено можливість повторного використання відпрацьованих щолоків процесу делігніфікації рослинної сировини, що дозволяє зменшити еколого-технологічне навантаження на довкілля та відповідає сучасним принципам циркулярної економіки. Сукупність отриманих результатів створює науково-технологічні передумови для впровадження розроблених рішень на підприємствах целюлозно-паперової та водоочисної промисловості з метою виготовлення ефективних фільтрувальних матеріалів для локальних систем очищення води, зокрема в регіонах із підвищеним вмістом заліза. Результати досліджень можуть бути впроваджені у навчальний процес кафедри екології та технології рослинних полімерів Національного технічного університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського". Результати дисертаційної роботи представлені у чотирьох розділах та додатках. В першому розділі представлено аналіз сучасних підходів до очищення води з використанням мембранних технологій, зокрема на основі целюлозних фільтрувальних матеріалів. Розглянуто науково-технічні умови впровадження екологічно безпечних, біосумісних та відновлюваних джерел сировини для створення мембран, що застосовуються в процесах мікро-, ультра- та нанофільтрації, а також зворотного осмосу. Наведено типи полімерних мембран за морфологічними особливостями та принципами формування пористої структури. Особлива увага приділена природним і модифікованим формам целюлози, а також їх композитам з полімерними домішками та неорганічними наповнювачами, що підвищують селективність, механічну міцність і стійкість до біозабруднення. Обґрунтовано доцільність використання ресурсоефективних і малотоксичних методів отримання целюлози, зокрема окисноорганосольвентного способу, як перспективної технології для виготовлення фільтраційних матеріалів нового покоління. Наведено огляд досліджень щодо впливу структури, функціоналізації та умов формування фільтрувальної підложки та вплив на їх експлуатаційні характеристики. В другому розділі роботи викладено методичну основу проведених експериментальних досліджень. Наведено характеристику рослинної сировини, що застосовувалася як вихідний матеріал для отримання целюлози. Подано докладну інформацію про застосовані реагенти (органічні розчинники, окисники та допоміжні речовини), що використовувались на етапах делігніфікації рослинної сировини та формування фільтрувального матеріалу. Наведено характеристику використовуваного лабораторного обладнання та умов проведення технологічних процесів – температурні режими, тривалість обробки, концентрації реагентів, а також параметри сушіння та формування фільтрувального матеріалу. В третьому розділі роботи показано вплив модифікування целюлозного волокна з використанням триетаноламіну та епіхлоргідрину, що забезпечило введення додаткових функціональних груп у структуру волокна. Це дозволило підвищити фільтрувальні властивості целюлозного матеріалу та поліпшити їх взаємодію з додатковими компонентами композиції. Показано, що модифіковане волокно забезпечує підвищення процесу селективності до органічних сполук і є ефективною основою для створення фільтрувальних матеріалів. Наведено експериментальні дослідження, спрямовані на розробку процесу виготовлення фільтрувальних матеріалів на основі целюлози із стебел міскантусу, отриманої окисно-органосольвентним способом. Досліджено повторне використання відпрацьованого варильного розчину. Також, розглянуто додавання сорбентів в композицію фільтрувального матеріалу, для покращення пористості матеріалу. В четвертому розділі наведено результати досліджень щодо впливу полівінілового спирту на фільтрувальні характеристики целюлозних мембран, виготовлених із окисно-органосольвентної целюлози зі стебел міскантусу. Розглянуто два способи використання полівінілового спирту – у вигляді поверхневого покриття та як внутрішньомасної добавки. Встановлено, що нанесення полівінілового спирту на поверхню целюлозного матеріалу забезпечує підвищення селективності до гумінових речовин, проте супроводжується зниженням продуктивності через ущільнення структури. Натомість внутрішньомасне введення полівінілового спирту сприяє досягненню оптимального балансу між селективністю та проникністю фільтрувального матеріалу, підвищуючи його механічну міцність і вологостійкість. Досліджено вплив полівінілового спирту на ефективність видалення іонів заліза (Fe3+) із модельних розчинів, а також проведено аналіз підсіткових вод, що утворюються у процесі формування фільтрувального матеріалу. Показано, що обидва типи мембран забезпечують концентрацію Fe3+ у перміаті нижче гранично допустимого рівня. Отримані результати підтверджують доцільність застосування полівінілового спирту як модифікуючої компоненти для підвищення якості та стабільності фільтрувальних матеріалів на основі целюлози з недеревної рослинної сировини. Розроблено блок-схему виробництва фільтрувального матеріалу з окисно-органосольвентної целюлози зі стебел міскантусу, яка включає стадії підготовки сировини, окисно-органосольвентного варіння, промивання, розмелювання, сортування, амінуючого модифікування та формування матеріалу. Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 173 сторінках, у тому числі основний текст дисертації складає 129 сторінок рукописного тексту і містить вступ, чотири розділи, загальні висновки та список використаних джерел. Робота містить 45 рисунків, 4 таблиці, 9 додатків, 144 використаних джерела.
Опис
Ключові слова
міскантус, окисно-органосольвентна целюлоза, модифіковане целюлозне волокно, фільтрувальний матеріал, активоване вугілля, бентонітова глина, полівініловий спирт, продуктивність, селективність, miscanthus, oxidative-organosolv cellulose, modified cellulose fibre, filter material, activated carbon, bentonite clay, poly(vinyl alcohol), productivity, selectivity
Бібліографічний опис
Гапонюк, А. С. Розробка технології одержання фільтрувального матеріалу з використанням нових хімічно допоміжних речовин : дис. … д-ра філософії : 161 Хімічні технології та інженерія / Гапонюк Анна Сергіївна. – Київ, 2026. – 173 с.