Мембранные методы разделения характеризуются высокой значимостью для развития современной промышленности, являясь при этом примером "зеленых" химических технологий.
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. Межфазная поликонденсация представляет собой наиболее часто используемый метод формирования ультратонких селективных слоев с заданной структурой на поверхности пористой мембраны-подложки для различных процессов разделения. Межфазная поликонденсация представляет собой метод синтеза ультратонкого функционального полимерного слоя на границе раздела фаз при реакции между двумя несмешивающимися растворами, такими как водный раствор ди- или многофункционального амина и раствор ди- или многофункционального хлорангидрида в органическом растворителе. Важнейшими преимуществами метода межфазной поликонденсации, обуславливающей ее широкое применение в промышленности при создании ультратонких селективных слоев, являются мягкие условия проведения реакции (комнатные температура и давление), низкая чувствительность к условиям проведения реакции, чистоте мономеров, их соотношению, крайне высокая скорость реакции, возможность получения ультратонких пленок неограниченной площади. Реакция межфазной поликонденсации является самоингибируемой, что позволяет получать селективные слои очень малой толщины, и обладает свойством “самозалечивания” дефектных областей ультратонкой пленки. ТКМ мембраны с селективным слоем на основе полиамида, полученные методом межфазной поликонденсации являются на сегодняшний день «золотым стандартом» мембран для нанофильтрации и обратного осмоса. Межфазная поликонденсация также может использоваться для получения ТКМ мембран для первапорации и газоразделения. 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.
