Диссертация Лепешина С.А. размещено 10.03.2016 г., 2.29 МБ
advertisement
СОДЕРЖАНИЕ Стр. ВВЕДЕНИЕ 5 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11 1.1 Мембранная фильтрация 11 1.2 Классификация баромембранных методов 12 1.3 Способы получения микрофильтрационных мембран 15 1.4 Мембранообразующие полимеры 19 1.5 Модификация мембран 25 1.5.1 Физические методы модификации поверхности 27 1.5.2 Химические методы модификации поверхности полимерных продуктов 30 1.6 Использование мембран в медицине, фармацевтике, микробиологии 35 1.6.1 Стерилизующие мембраны 36 1.6.2 Мембраны для санитарно-вирусологического анализа 39 1.6.3 Мембраны, обладающие бактерицидными свойствами 44 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 49 2.1 Мембраны микропористые капроновые 51 2.2. Полиэтиленгликоль 55 2.3 Глицерин 57 2.4 Полигексаметиленгуанидин гидрохлорид 58 2.5 Продукт АГМ-3 60 2.6 Продукт АГМ-9 61 2.7 Хитозан (1,4-2-ацетамидо–2деокси-β-D полиглюкан) 61 2.8 Препарат наночастиц «Сильвернано» 63 2.9 Нитрат серебра 63 2.10 Фосфат серебра 64 2.11 Метод проведения объѐмной модификации 64 2 2.12 Метод проведения поверхностной модификации 65 2.13 Методика измерения вязкости формовочных растворов 65 2.14 Методики определения порометрических 65 характеристик мембран 2.14.1 Методика определения точки пузырька 66 2.14.2. Методика определения производительности 66 2.15 Методика определения прочностных свойств при растяжении плоских мембран 67 2.16 Методика оценки распределения пор по размерам 67 2.17 Методика определения электрокинетического потенциала плоских микрофильтрационных мембран 69 2.18 Методика оценки структуры полиамидной матрицы мембраны методом рентгеноструктурного анализа 72 2.19 Электронная микроскопия 72 2.20 Методика оценки стерилизующей способности мембран 73 2.21 Методика испытания бактериостатической и бактерицидной способности мембранных фильтров дискового типа 73 2.22 Методика определения массовой концентрации серебра 77 2.23 Методика определения эффективности концентрирования вирусов и фагов 77 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 78 3.1 Разработка мембран с высокими эксплуатационными свойствами 79 3.1.1 Выбор модифицирующих добавок 79 3.1.2 Исследование стерилизующей способности модифицированных полиамидных микрофильтрационных мембран 88 3.1.3 Определение возможности применения модифицированных полиамидных мембран с повышенным зарядом поверхности при санитарно-вирусологическом анализе воды 3 93 3.2 Разработка мембран, обладающих бактериостатическими 103 свойствами ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 119 Приложение 1. Акт о выпуске опытно-промышленных партий модифицированных микрофильтрационных полиамидных мембран 131 Приложение 2. Акт внедрения фильтрующих элементов на основе разработанных мембран 132 4 ВВЕДЕНИЕ Актуальность проблемы Расширение областей применения и усовершенствование традиционных мембранных технологий обуславливают повышение требований к мембранам и мембранным материалам. Мембранные фильтры получили широкое распространение в науке и технике, биохимии, медицине, в фармацевтической, химической, электронной и пищевой промышленности. Одной из главных областей применения мембранных фильтров является холодная стерилизация жидкостей. Важной задачей мембранной технологии является разработка высокопроизводительных стерилизующих мембран без потери селективности. Другой острой проблемой при использовании стерилизующих мембран является снижение ресурса их работы вследствие образования биопленок. Это усугубляется тем, что задержанные мембраной микроорганизмы, размножаясь, образуют колонии, которые кроме загрязнения поверхности, способны прорастать сквозь поры мембраны, заражая фильтрат. Для предотвращения зарастания биологическими веществами пользователи мембранных фильтров вынуждены применять дезинфицирующие средства, которые вызывают деструкцию полимерной мембраны и коррозию оборудования. Альтернативным способом борьбы с биологическими загрязнениями могло бы быть использование в фильтрах бактерицидных мембран, однако сведения о промышленных производствах такой продукции отсутствуют. Поэтому, создание таких мембран является актуальным. Для успешного решения перечисленных и ряда подобных задач необходимо разработать способы получения мембран, обладающих комплексом ценных свойств: высокой селективностью, гидрофильностью, бактерицидностью и стерилизующей способностью. Наиболее перспективным способом достижения 5 этих результатов с технологической точки зрения является модификация существующих промышленно выпускаемых мембран. В качестве исходных были выбраны полиамидные микрофильтрационные мембраны, как наиболее широко используемые при получении стерильных водных растворов в медицине и фармацевтике. Степень разработанности темы Данная работа связана с разработкой способов модификации полимерных мембран для улучшения их свойств, а так же адаптации к определенным условиям эксплуатации серийно выпускаемой продукции. исследований требует подбора Реализация представленных высокоэффективных модификаторов, технологических параметров проведения процессов модификации и разработки специализированного оборудования. Представленная работа призвана решить обозначенные вопросы. Цель и задачи исследования Целью настоящей работы явилась разработка микрофильтрационных полиамидных мембран, обладающих стерилизующими и бактериостатическими свойствами методами объемной и поверхностной модификации. Для выполнения поставленной цели были определены следующие задачи исследований: -выбор модифицирующих веществ, для получения стерилизующих полиамидных микрофильтрационных мембран с высокими эксплуатационными свойствами; -изучение структуры и характеристик модифицированных мембран; -исследование стерилизующей способности полиамидных микрофильтрационных мембран; 6 модифицированных -исследование возможности применения модифицированных полиамидных мембран с повышенным положительным зарядом при санитарно- вирусологическом анализе воды; -изучение влияния биоцидных модифицирующих веществ на антимикробные свойства мембран; -разработка промышленного способа получения мембран, обладающих бактериостатическими свойствами. Научная новизна Научная новизна работы заключается в том, что впервые: -показана возможность получения наночастиц серебра на поверхности и внутри пор полиамидной мембраны на стадии ее модификации солями серебра в присутствии муравьиной кислоты; -установлено, что хитозан, вводимый в полиамидную матрицу, играет роль структурирующей добавки, непосредственно влияющей на порометрические, прочностные и электроповерхностные свойства получаемой мембраны. Теоретическая и практическая значимость работы Представленный анализ состояния фундаментальных исследований и технологий показал высокую перспективность процессов модификации при получении материалов с разнообразными свойствами на основе использования сравнительно небольшого количества серийно выпускаемой продукции. Практическая значимость работы состоит в том, что -разработаны и поставлены на производство микрофильтрационные полиамидные модифицированные мембраны, обладающие стерилизующими и бактериостатическими свойствами; -разработаны исходные данные, на основе которых создана установка поверхностной модификации мембран; -мембрана с размером пор 0,2 мкм, модифицированная хитозаном, 7 включена в методические указания «Санитарно-вирусологический контроль водных объектов», а также в проект «Методических указаний по выделению вирусов методом микрофильтрации с использованием позитивно заряженных мембран и мембранного фильтрующего модуля при санитарно-вирусологическом исследовании воды»; -фильтрующие элементы, на основе разработанных мембран, включены в состав индивидуальных носимых фильтров для очистки воды, принятых на снабжение вооруженных сил Российской Федерации. Методология и методы исследования В работе приведены и проанализированы имеющиеся в отечественной и зарубежной научно-технической литературе данные по теме исследования. В результате сформулированы проблемы и предложены пути их решения. Объектами исследований являлись: -мембраны микропористые капроновые (ММК) с размером пор 0,2 мкм производства НПП «Технофильтр» (Россия, г. Владимир); -модифицированные микропористые капроновые мембраны. В качестве модифицирующих агентов использовались: полиэтиленглиголь (ПЭГ), глицерин, полигексаметиленгуанидин аминогексаметилен гидрохлорид (ПГМГ), 6-аминометилентриэтоксисилан 1- (АГМ-3),3- аминопропилтриэтоксисилан (АГМ-9), хитозан (ХТЗ), препарат наночастиц серебра марки «Сильвернано», серебро азотнокислое (AgNO3) фосфат серебра (Ag3 PO4). При выполнении работы использовались современные методики исследований: методики определения порометрических и физико-механических характеристик мембран, электрокинетического потенциала, формовочных растворов, рентгеноструктурный анализ, вязкости электронная микроскопия, методика оценки стерилизующей способности мембран, методика испытания бактериостатической и бактерицидной способности мембранных 8 фильтров дискового типа, методика определения массовой концентрации серебра, методика определения эффективности концентрирования вирусов и фагов. Положения, выносимые на защиту На защиту выносятся: -закономерности регулирования структуры полиамидных мембран путем введения модифицирующей добавки – хитозана; -результаты исследований влияния количества и природы модификаторов на характеристики полиамидных мембран; -определение связи стерилизующей способности модифицированных полиамидных мембран с их порометрическими характеристиками; -исследование возможности применения мембран с повышенным зарядом поверхности при санитарно-вирусологическом анализе воды; -способ получения наноразмерных частиц серебра в мембране непосредственно на стадии ее модификации; -изучение бактерицидных свойств модифицированных мембран. Степень достоверности полученных результатов Достоверность полученных результатов подтверждена согласованностью данных, при использовании комплекса современных физических и физикохимических методов анализа. Личный вклад автора При выполнении работы автор принимал непосредственное участие в постановке задачи, проведении и обсуждении результатов экспериментов, написании диссертации и формулировании выводов. 9 Апробация работы Результаты работы доложены: на XI Всероссийской научной конференции «Мембраны - 2010» (Москва, 2010); III Международной конференции с элементами научной школы для молодых ученых «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества» (Суздаль, 2010); XIV Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии-2012» ( Тула, 2012); IV международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии, медицине, фармокологии» (Санкт-Петербург, 2012); Международной научнопрактической конференция «Наука и образование для устойчивого развития экономики, природы и общества» (Тамбов, 2013); XII Всероссийской научной конференции с международным участием "Мембраны-2013" (Владимир, 2013). Публикации По материалам диссертации опубликовано 19 научных трудов, в т.ч. 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 патента, 4 статьи в других журналах и 7 тезисов в сборниках научных трудов и материалах конференций. Структура работы Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы из 134 наименований. Работа изложена на 131 странице, содержит 26 таблиц и 29 рисунков. 10 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Мембранная фильтрация Процессы разделения жидких систем играют важную роль во многих отраслях народного хозяйства. Для осуществления этих процессов применяют такие методы как перегонку и ректификацию, экстракцию и адсорбцию. Однако наиболее универсальным методом разделения является разделение с использованием полупроницаемых мембран (мембранные методы). В химической и нефтехимической промышленности мембранную фильтрацию применяют для разделения азеотропных смесей, очистки и концентрирования растворов, очистки и выделения высокомолекулярных соединений из растворов, содержащих низкомолекулярные компоненты, и т.п.; в биотехнологии и медицинской промышленности – для выделения и очистки биологически активных веществ, вакцин, ферментов и т.п.; в пищевой промышленности – для концентрирования фруктовых и овощных соков, молока, получения высококачественного сахара и т.п. Наиболее широкое применение баромембранные процессы находят при обработке воды и водных растворов, очистке сточных вод. Мембранные методы являются перспективными практически для всех отраслей народного хозяйства, в которых возникает необходимость разделения, очистки и концентрирования растворов веществ[4, 21]. 11 органических или минеральных 1.2 Классификация баромембранных методов Мембранные процессы разделения основаны на преимущественной проницаемости одного или нескольких компонентов жидкой либо газовой смеси, а также коллоидной системы через разделительную перегородку – мембрану. Фаза, прошедшая через мембрану, называется пермеатом (фильтратом), задержанная – концентратом. Для концентрирования или очистки разбавленных (водных) растворов широко используются мембранные процессы, осуществляемые под действием перепада давления, или баромембранные процессы. Различные мембранные процессы можно классифицировать по размерам разделяемых частиц растворенного вещества. К таким процессам относятся: микрофильтрация, ультрафильтрация и обратный осмос. Схематически пределы размеров частиц, отделяемых в каждом из этих процессов, показаны на рис.1.1.[3]. Рис 1.1 Размеры отделяемых частиц в баромембранных процессах По объемам продаж мембранных модулей в мире микрофильтрация занимает лидирующее место, причем ежегодный прирост составляет порядка 10% (табл. 1.1) 12 Таблица 1.1 Объемы продаж мембранных модулей в мире, млн. $ Виды процессов \ 2006 Годы Обратный осмос 2007 2008 2009 2010 2011 2012 1716 1814 1934 2070 2222 2391 2571 Ультрафильтрация 1441 1536 1653 1779 1927 2090 2265 Микрофильтрация 2091 2257 2449 2676 2928 3208 3517 Микрофильтрация — это мембранный процесс, в наибольшей степени близкий к обычной фильтрации. Микрофильтрация является одним из наиболее распространѐнных лабораторных и промышленных мембранных процессов, применяемых для выделения коллоидных или взвешенных микрочастиц из жидкостей и газов размером 0,1 — 10 мкм [4,5]. Ультрафильтрация — это мембранный процесс, по своей природе занимающий промежуточное положение между обратным осмосом и микрофильтрацией. Типичное применение ультрафильтрации — отделение макромолекулярных компонентов от раствора, причем нижний предел отделяемых растворенных веществ соответствует молекулярным массам в несколько тысяч. Для отделения растворенных веществ с молекулярными массами от нескольких сот до нескольких тысяч используется процесс, промежуточный между ультрафильтрацией и обратным осмосом, который называют нанофильтрацией [6,7,8,9]. Обратный осмос применяется для отделения от растворителя низкомолекулярные растворенные вещества, такие, как неорганические соли или органические молекулы, например, глюкозу. Мембраны для обратного осмоса находят свое применение при решении вопросов охраны окружающей среды и рационального использования сырья, извлекаемого из сточных вод[10,22]. Первапорация – это процесс, в котором жидкость при атмосферном давлении контактирует с входной поверхностью мембран, а на противоположной 13 стороне мембраны пермеат удаляется в виде паров с низким парциальным давлением [1]. Диализ – это процесс освобождения коллоидных растворов и субстанций высокомолекулярных веществ от растворѐнных в них низкомолекулярных соединений при помощи полупроницаемой мембраны. При диализе молекулы растворенного низкомолекулярного вещества проходят через мембрану, а неспособные диализировать (проходить через мембрану) коллоидные частицы остаются за ней [1, 3]. Электродиализ В процессе электродиализа транспорт ионов осуществляется вследствие протекания постоянного электрического тока при наложении разности электрического потенциала. Для того, чтобы мембраны были селективными по отношению к ионам, используют ионообменные мембраны, осуществляющие перенос либо катионов или анионов [1, 12]. 14 1.3 Способы получения микрофильтрационных мембран Разделяющая способность мембран, их производительность и стабильность характеристик зависят не только от химической природы полимера, но и от особенностей технологии их получения [13]. Основные методы получения микрофильтрационных полимерных мембран: 1 – формование из раствора; 2 – формование из расплава; 3 – выщелачивание части полимера; 4 – спекание порошков. Получение мембран из растворов полимеров В ряде методов в ходе формования осуществляется инверсия фаз, когда полимер контролируемым способом переводится из жидкого состояния в твердое. Такой переход индуцируется двумя способами: - удалением растворителя при его испарении. Для этого сформованное изделие выдерживают на воздухе (сухой способ); - удаление растворителя при его вытеснении нерастворителем путем диффузии последнего из жидкости. Для этого сформованное изделие погружают в нерастворитель (мокрый способ). Фазоинверсионный метод сухого формования Сухое формование или коагуляция с помощью испарения растворителя – наиболее простой способ получения мембран, в ходе которого растворитель испаряется из раствора полимера в воздушной среде или среде инертного газа, которая специально создается во избежание контакта пленки с парами воды. 15 Фазоинверсионный метод мокрого формования Большинство промышленных мембран получаются методом коагуляции при погружении раствора полимера в ванну с нерастворителем, т.е. мокрым формованием. Сначала на поверхности контакта полимера и осадителя (нерастворителя) формируется тонкая оболочка из полимерной сетки, а затем по диффузионному механизму осадитель замещает растворитель в толще мембраны [3, 14, 15, 16]. Схема установки для получения плоских мембран мокрым методом представлена на рисунке 1.2. Рис. 1.2 Схема установки для получения плоских мембран мокрым методом 1 — формовочная ванна; 2 — барабан; 3 — фильера; 4 — очиститель барабана; 5 — транспортирующий валик; 6 — ванны для промывки плѐнки; 7 — оросители;8 — направляющие валики; 9 — нагреватель; 10 — ванна отжига; 11 — приѐмная ванна; 12 — приѐмная бобина; 13 — приводящие валики; 14 — рама; 15 — привод; 16 — змеевик. Метод мокрого формования состоит из следующих стадий: -приготовление формовочного раствора; -формование мембраны -отмывка -термообработка (отжиг) -сушка и намотка готовой мембраны 16 Сухо-мокрое формование Для получения мембран с ярко выраженной анизотропией (асимметричностью) используется метод сухо-мокрого формования, т. е. перед погружением мембраны в осадительную ванну проводят выдержку мембраны в воздушной или какой-либо другой атмосфере[3, 17] Получение мембран из расплавов полимеров Самый распространенный способ формования – экструзия через фильеру. На рисунке 1.3 показана схема получения плоской мембраны. Рис. 1.3 Схема получения пленки из расплава полимера: 1 – экструдер; 2 – охлаждающие барабаны; 3 – обрезка кромок; 4 – тянущие валки; 5 – направляющие валки; 6 – намоточное устройство Пористую структуру мембран можно формировать добавлением в расплав порообразователей с их последующим вымыванием.[3, 18]. Получение пористых мембран из порошков полимеров Принцип метода заключается в формовании из сыпучего материала пленки с последующим спеканием частиц. Пористость мембран обусловлена зазорами между соединенными частицами, а размер пор - размерами частиц [1, 3]. 17 Получение пористых мембран выщелачиванием полимера после облучения пленки По этому способу получают трековые мембраны. Получение трековых мембран включает две основные стадии – облучение полимерной пленки ускоренными заряженными частицами с последующей физико-химической обработкой. Технологическая схема процесса приведена на рисунке 1.4. Рис.1.4 Схема приготовления пористых мембран с помощью травления треков На первой стадии в пленке формируется система треков – искусственных дефектов, пронизывающих пленку насквозь. Вторая стадия заключается в химическом травлении треков. Пористость мембраны определяется продолжительностью облучения, а диаметр пор – продолжительностью травления [1, 3, 19, 20]. 18 1.4 Мембранообразующие полимеры В научной и патентной литературе описано получение мембран из самых разнообразных полимеров: эфиров целлюлозы (ацетата целлюлозы, нитроцеллюлозы и их смесей), полиэфиров, полиэтилена, полипропилена, алифатических и ароматических полиамидов, полисульфонов, полиэфиримида, полиимидов, ароматических полиамидоимидов, полигидразидов, полипропилена, фторированных (фторида), полимеров, поливинилового поливинилхлорида спирта и его и поливинилиденхлорида сополимеров, сополимеров акрилонитрила, полиэфиркарбоната, полидиметилсилоксана и его сополимеров, хитозана, полиарилатов, полиуретанов, полипиперазинамидов, сополимеров метилметакрилата и других [2, 21 - 26]. Мембраны на основе целлюлозы Целлюлоза - белое волокнистое вещество с длиной волокон более 20 мм (текстильные волокна) и 3 мм (волокна для произодства бумаги и картона, химической переработки). Плотность 1,52-1,54 г/см3; т.разл. 210°С: степень полимеризации n от нескольких сотен до 10-14 тыс. [27]. Рис 1.5 Формула целлюлозы Из-за регулярной линейной структуры цепи целлюлоза является полимером высокой кристалличности, и, хотя она очень гидрофильна, она нерастворима в воде. Это является следствием кристалличности и наличия межмолекулярных 19 водородных связей между гидроксильными группами. Целлюлоза используется в основном как материал для диализных мембран. Производные целлюлозы, такие, как нитрат целлюлозы и ацетат целлюлозы, используются для микрофильтрации и ультрафильтрации, в то время как триацетат целлюлозы проявляет хорошие свойства для обратноосмотических мембран при обессоливании воды [22, 30]. Ацетатцеллюлоза. Мембраны из ацетатцеллюлозы имеют такое же широкое применение во многих из тех областей, где используют мембраны из нитроцеллюлозы, но они обладают лучшими пленкообразующими свойствами. Эти мембраны нельзя использовать при температурах выше 75 °С [1]. Ацетатцеллюлозные мембраны не устойчивы к действию щелочей. Рис 1.6 Формула ацетатцеллюлозы Существенным недостатком ацетатцеллюлозных мембран является их низкая механическая прочность и недостаточная эластичность. В частности, прочность при растяжении составляет 490-600 кгс/см2. Мембраны на основе производных целлюлозы практически не превзойдены по совокупности трех основных показателей: производительности, задерживающей способности и стоимости [1]. Мембраны на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) ПТФЭ— линейный полимер, малоразветвленный или совсем без разветвлений [22]. Обладает высокой тепло- и морозостойкостью, остается гибким и эластичным при температурах от -70 до +270 C. 20 Рис 1.7 Формула политетрафторэтилена По своей химической стойкости превышает все известные синтетические материалы и благородные металлы. Разрушается расплавами щелочных металлов, фтором и трифторидом хлора[28]. Мембраны из этого материала стойки к действию сильных органических растворителей, кислот, щелочей и других химических реактивов (за исключением ароматических углеводородов при высоких температурах). Тефлоновые мембраны гидрофобны, и поэтому их сложно использовать непосредственно для фильтрации водных сред. Поскольку тефлоновые мембраны не пропускают водяные пары, их часто используют для фильтрации газов в системах воздухоснабжения помещений, которые должны быть стерильными. Существенным недостатком политетрафторэтилена является то, что при нагревании свыше 200 °С он начинает разлагаться с образованием токсичных продуктов [4]. Мембраны на основе полисульфона Полисульфоны, гетероцепные полимеры, содержащие в основной цепи повторяющиеся группы SO2. Наибольшее промышленное значение имеют ароматические полисульфоны (полиариленэфирсульфоны). В промышленности производят три типа полисульфонов под следующими традиционными названиями: полисульфон, полиэфирсульфон и полифениленсульфон. 21 Рис 1.8 Формулы полисульфонов ( I - полисульфон; II - полиэфирсульфон; III – полифениленсульфон) Полисульфоны (ПС) - твердые аморфные прозрачные термопластичные полимеры от светло-желтого до коричневого цвета; мол. м. (30-60) ·103[29]. Ценный комплекс свойств – температура стеклования 195°С, аморфное стеклообразное состояние, термостабильность и стойкость к окислению, высокие прочность и эластичность, низкая текучесть даже при повышенных температурах обуславливает пригодность ПС для изготовления мембран [22]. Проведенные исследования процессов формирования полисульфоновых мембран из растворов в полярных растворителях позволили установить основные закономерности фазового разделения на стадии предформования и осаждения водой, а также на пористую структуру мембраны[31, 32]. Полиэфирсульфон (ПЭС) не имеет алифатических углеводородных групп, что обусловливает даже более высокую теплостойкость по сравнению с ПС [22]. Недостатками этих полимеров являются их низкая гидрофильность и невысокая стойкость к растворителям. Они растворяются в полярных растворителях, которые используют в отливочных растворах при формовании мембран [33, 34, 35]. 22 Мембраны на основе полиакрилонитрила Полиакрилонитрил (ПАН) [-CH2-CH(CN)-]n состоит из линейных цепей, аморфен и имеет высокую температуру стеклования и с трудом поддается формованию. Мембраны на основе ПАН характеризуются высокой устойчивостью к действию водомасляных эмульсий, коллоидного железа, а также хорошо зарекомендовали себя при разделении белков и ферментов. Вместе с тем мембраны на основе ПАН менее устойчивы к воздействию кислот и щелочей, чем мембраны из полиамидов и, тем более из полисульфонов [37]. Мембраны на основе полиамидов Полиамиды - высокомолекулярные соединения, содержащие в цепи макромолекулы, повторяющиеся амидные группы —C(O)—NH—. Уникальным свойством этих полимеров является высокая гидрофильность, обусловленная наличием амидных групп в аморфных областях, которые доступны для взаимодействия с водой. Существенное влияние на уровень водопоглощения оказывает степень кристалличности. Чем выше кристалличность, тем меньше водопоглощение. Водопоглощение является важным, прежде всего потому, что хорошие свойства многих конструкционных полиамидов связаны с небольшим содержанием влаги. Вследствие ценного прочности и комплекса свойств, присущего полиамидам, эластичности, термостабильности, стойкости к - действию растворителей, смачиваемости и устойчивости к щелочному гидролизу, которым не обладает ни один класс полимеров, можно утверждать, что в производстве микрофильтрационных мембран для процессов фильтрации полиамиды будут сохранять лидирующую позицию [22]. Полиамидные мембраны не теряют своей прочности и эластичности при многократных сгибаниях, они устойчивы к механическим, химическим и 23 термическим нагрузкам, биологически инертны. Благодаря достаточно высокой пористости и контролируемому размеру пор мембраны обладают высокой эффективностью удержания микрочастиц при одновременном достижении отличных показателей соотношения скорости потока и падения давления. Мембраны хорошо выдерживают стерилизацию насыщенным паром в автоклаве при температуре 120 ± 1°С без изменения механических и структурнофильтрационных характеристик. Кроме паровой стерилизации могут быть использованы радиационная стерилизация γ-облучением стерилизация раствором перекиси водорода [9, 36]. 24 и химическая 1.5 Модификация мембран Анализ состояния фундаментальных исследований и технологий получения новых полимерных и композиционных материалов с комплексом позитивных физико-химических свойств показывает, что такие традиционные методы синтеза полимеров, как полимеризация и поликонденсация - во многом исчерпали свои возможности и вероятность появления новых полимеров с характеристиками, существенно превосходящими достигнутый известный уровень, значительно уменьшилась. Поэтому наиболее перспективным направлением достижения более высокого уровня свойств полимерных материалов является их модификация[38]. Сейчас весьма интенсивно развиваются работы в области модификации полимерных материалов и, в том числе, пленок, покрытий и мембран, содержащих различные модифицирующие компоненты. Целью модификации полимерных мембран является улучшение их механических или физико-химических свойств, а также адаптация к определенным условиям эксплуатации. Модификация открывает широкие возможности получения мембран с разнообразными свойствами на основе использования сравнительно небольшого числа серийно выпускаемой продукции. Считается, что впервые реакция химической модификации полимеров была осуществлена Браконно [39], который получил нитроцеллюлозу действием азотной кислоты на целлюлозу. Позднее полимераналогичные реакции подобного рода были реализованы на ряде других полимеров с получением различных производных целлюлозы, крахмала, белков, каучука и т.д. Впоследствии реакциям модификации стали подвергать и синтетические полимеры, такие как поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен и пр.[40]. Кроме технических результатов с помощью модификации возможно достижение значительного экономического эффекта, как за счет удешевления материалов полимерных композиций, так и упрощения технологии изготовления 25 изделий из модифицированных полимеров. Модификацией возможно восстановление или изменение свойств отработанных изделий, обеспечивающее их повторное использование, сопровождающееся соблюдением требований гигиены окружающей среды, а так же экономией дефицитных природных ресурсов, например, ценного натурального каучука. В настоящее время известно много принципиально возможных способов модификации полимеров, покрытий и полимерных мембран, позволяющих существенно улучшать их исходные эксплуатационные свойства. Как известно [38, 41, 42, 43, 44], способы модификации полимеров по методам воздействия разделяют на химические и физические. Такое общепринятое разделение достаточно условно, поскольку химические и физические процессы в полимерах почти всегда взаимосвязаны и взаимообусловлены. Химическая модификация всегда является одновременно и физической и поэтому целесообразно ее называть физико-химической, потому что, в результате применения физических методов (температура, нагрузка, облучение и т.д.) в полимере происходят как структурнофизические, так и химические превращения. Модификацию можно классифицировать по направленности влияния на свойства, которые в широком диапазоне позволяют селективно изменять и регулировать термостабильность, морозостойкость, стойкость к биоразрушению, стойкость к УФ-облучению, внешний вид, влагостойкость, стойкость к радиационному облучению, стойкость к озонному воздействию, огнестойкость, коррозионностойкость, химическую стойкость, технологичность и многое другое. Модификация по глубине протекания может быть объѐмной, когда модифицируется весь объѐм полимера, составляющего мембрану, или поверхностной, когда новые свойства придаются только тонкому поверхностному слою мембраны толщиной от десятков нанометров до нескольких микрометров. Большинство методов модификации относятся к первой группе, когда модификатор равномерно распределяется по всему объему полимера. 26 Объѐмную модификацию можно осуществить путем смешения базового полимера с добавками модифицирующих агентов и, в частности, других полимеров. Поверхностная обработка мембран может изменить поверхностную топографию, снизить или повысить поверхностную энергию, а иногда и удалить вредные примеси [38]. 1.5.1 Физические методы модификации поверхности Различают следующие физические методы модификации полимерных материалов [45]: • термическая обработка (отжиг); • лазерное облучение; • обработка коронным разрядом и плазменная обработка; • радиационное облучение. Термическая обработка (отжиг) Сама по себе термообработка полимеров, заключающаяся в нагревании изделия и выдержке его при определѐнной температуре с последующим охлаждением, является одним из способов регулирования надмолекулярной структуры. Она используется, как правило, для улучшения деформационных свойств и основана на релаксации внутренних напряжений и реорганизации надмолекулярной структуры полимеров [43]. Основными параметрами термообработки являются температура, продолжительность выдержки, скорость нагрева и охлаждения и среда обработки [38]. 27 Авторами работ [46, 47] установлено, что характер изменения структуры ориентированных полимеров при длительном отжиге близок к линейной логарифмической зависимости от времени. Так, основные структурные изменения происходят впервые минуты отжига. Обработка коронным разрядом Этот способ представляет собой воздействие на поверхность изделия неустойчивой плазмы при атмосферном давлении [48]. Схема обработки полимерной пленки коронным разрядом показана на рис.1.9. Рис. 1.9 Схема установки для обработки коронным разрядом для увеличения поверхностной энергии полимерной пленки Плѐнка или мембрана проходит между двумя электродами, один из которых представляет собой металлическое полотно, подсоединенное к высоковольтному высокочастотному генератору, а другой электрод – заземленный валик. Электрический разряд сопровождается образованием озона. В результате поверхность пленки окисляется и становится полярной. Эффект обработки со временем снижается и обработанная поверхность чувствительна к транспортировке и налипанию пыли. Обработка коронным разрядом производится при атмосферном давлении и относительно высокой температуре. Для того чтобы определить эффективность обработки существует простой тест: выход воды на поверхность. Обработанная пленка удерживает воду в 28 течение нескольких минут. На частично обработанной пленке выявятся участки хорошего и плохого водоудержания. Плазменная обработка Одним из современных методов модифицирования полимеров, в том числе и полимерных мембран, является плазмохимическая обработка. Важная особенность такого способа модифицирования состоит в том, что изменениям подвергается, как правило, только очень тонкий приповерхностный слой. С этим связан и основной недостаток метода – ―эффект старения‖, то есть восстановление свойств модифицированного материала со временем. Плазма представляет собой ионизированный газ с практически одинаковой плотностью отрицательных и положительных зарядов. Реакции, которые происходят в плазме, являются в основном свободнорадикальными и происходят в результате взаимодействия материалов или ионов и электронов в плазме с поверхностью. Абсорбция поверхностью ультрафиолетового излучения в плазме может также приводить к протеканию реакций на поверхности. Данный способ модификации осуществляют, как правило, с помощью высокочастотной плазмы в различных газовых средах (Не, Аr, N2, воздух и др). Плазма активирует молекулы газа, в частности, кислорода и азота. Активированные агенты реагируют с поверхностью полимера и на ней образуются особые функциональные группы, такие как гидроксил, карбонил, карбоксил, амино- и амидогруппы. Эти реакции могут приводить к сильным изменениям свойств поверхности полимера. Например, гидрофобный полимер становится гидрофильным. Формирование гидроксильных групп в полимерах под действием тлеющего разряда (кислородсодержащая плазма) описано в работах [49 – 52]. Наиболее эффективными методами модификации полисульфонов (ПС) и полиэфирсульфонов являются плазменная обработка оксидом углерода, которые приведены в статьях [51, 53]. 29 Авторами статьи [52] разработаны методы повышения производительности разделительных мембран путѐм модифицирования полимерных и металлокерамических мембран плазмохимическим воздействием, позволяющими направленно получать мембраны с регулируемым размером пор. Также отмечено увеличение производительности разделительных мембран при их обработке ионами плазмы газового разряда. Радиационное облучение является важным способом модифицирования полимеров. Образование редких поперечных связей на начальных стадиях облучения приводит к увеличению молекулярной массы полимера. При дальнейшем облучении с возрастанием числа поперечных связей образуется пространственная структура. Одновременно со сшиванием макромолекул протекает и процесс их деструкции. Соотношение скоростей этих основных процессов в значительной мере определяет изменение структуры и свойств полимера в результате облучения и зависит от химического строения макромолекул и характера надмолекулярных образований [38]. 1.5.2 Химические методы модификации поверхности полимерных продуктов Химическая модификация поверхности полимерных пленок и мембран является эффективным методом улучшения их барьерных свойств. К основным способам химической модификации можно отнести: 1.Функционализирование; 2. Сшивание; 3. Координационную модификацию. 30 Функционализирование Хорошо известно, что большинство полимеров являются достаточно устойчивыми к внешним воздействиям, вследствие чего прямое введение функциональных групп без существенного протекания побочных реакций является трудной задачей. Функциональность и реакционная способность групп может варьироваться в весьма широких пределах. Известные, широко используемые «стабильные», полимеры характеризуются наличием групп с низкой реакционной способностью типа -CF2-CF2- (политетрафторэтилен), -СН2-СН2- (полиэтилен), -О- (полиэфиры) и т.д. Значительно большей реакционной способностью характеризуются группы -ОН (спирты, целлюлоза), - CONH- (полиамиды), -СООН (кислоты) и т.д. [54]. Чтобы улучшить транспортные характеристики и существенно повысить химическую стойкость акрилонитрила ультрафильтрационных применяют обработку мембран растворами из сополимеров гидразингидрата и солянокислого гидразина. Авторами статьи [37] выявлено, что изменение характеристик происходит за счет образования триазольных и тетразольных циклических структур. Мембраны содержащими из ПС амидо- аминоэтил)акриламид] и модифицированные аминогруппы (ПАЭАА) и в винильными боковой поли-[N, полимерами, цепи: поли-[N, (2- (2-диаминодиэтил)акриламид] (ПАДА) приобретают большую гидрофильность поверхности мембран и задерживающую способность [37]. В работе [39] рассмотрены способы повышения эффективности асимметричных пористых мембран на основе ПС, полиакрилонитрила, ацетата целлюлозы, полиметилметакрилата, полиамидов (ПА-4,6 и ПА-6,6) с использованием реакции электрофильного замещения. В случае трековых ПЭТФ мембран, для снижения адсорбционной активности в отношении сильно адсорбирующихся основных и нейтральных 31 белков, разработаны способы химического модифицирования поверхности мембран [55,56]. В [57] рассмотрена возможность использования кремний-органических полимеров для усиления гидрофобности трековых мембран из ПЭТФ свойств. Известны случаи, когда наличие активных функциональных групп повышает стабильность полимеров. Так, между гидроксильными группами в целлюлозе образуются внутри- и межмолекулярные водородные связи, что делает ее более устойчивой к действию ряда растворителей [54]. Анализ литературы [42, 44, 54, 58] показывает, что для полимеров группы полиолефинов и других полимеров, имеющих метиленовые функциональные группы, наиболее результативным по достижению предельной гидрофобности поверхности должно являться фторирование. Модификация фтором достигается благодаря химическим реакциям поверхности с газом; она не затрагивает объемные свойства полимера. Изучена модификация поверхности фтором, фтористым водородом, тетрафторидом серы, хлором и бромом [59, 60]. Введение брома в поверхность полиолефина открывает путь для модификации поверхности широким рядом специфических функциональных групп при мягких условиях посредством электронно-донорного замещения доли Br различными нуклеофильными веществами[61]. Для достижения максимальной гидрофильности поверхности предпочтительным представляется введение в макромолекулы таких функциональных групп, как -ОН, -SO3H, -CR=0, -NH2 и ряда других. Присутствие этих групп придает полимеру специфические свойства, повышающие его ценность, однако некоторые из этих групп являются нестабильными (-NH2). По-видимому, наиболее перспективными для достижения радикальных изменений являются группы -ОН и -SO3H. 32 Сульфирование ПА и ароматических полимеров можно использовать для получения протон-проводящих полимерных электролитов, которые используются в топливных элементах [62, 63]. Сшивание Реакциями сшивания (структурирования) называют реакции образования поперечных связей между макромолекулами, которые приводят к получению полимеров сетчатой структуры [41,44]. Координационная модификация (комплексообазование) основана на способности ряда координационных соединений, получаемых на основе хлоридов переходных металлов как устойчивой степени окисления (Со(II), Мn(II), так и переменной валентности Cu(II) и V(III)), вызывать структурную организацию полимеров (например, полиуретанов), содержащих электронодонорные группы, за счет координационного связывания [64]. С целью повышения электропроводности анионообменных мембран МА – 40 в работе [66] проведена модификация ее поверхности сильным полиэлектролитом. Установлено, что в результате обработки удалось повысить транспортные характеристики мембран. Характерно, что наиболее эффективными оказываются комбинированные методы модификации полимерных материалов, когда на них последовательно или одновременно осуществляется воздействие химическим реагентом и физическим полем. К таким наиболее известным физико-химическим способам модификации относятся термохимическая обработка, воздействие низкотемпературной плазмы в атмосфере того или иного газа, поверхностная полимеризация при активации мономера в паровой фазе и поверхности изделия, действие различных физических полей в среде кислорода. Обзоры на эту тему опубликованы [51,67,68]. Существуют различные механизмы бинарной модификации, связанные с активационным, суперпозиционным, синергетическим действием добавок. Механизм суперпозиции — один из возможных, при котором происходит наложение влияния различных компонентов смеси. 33 Например, полисульфоновых можно осуществить мембран модификацию полиэтиленимином, поверхности блок-сополимером полиэтиленоксида и поливинилацетата адсорбцией этих соединений из раствора, либо присоединением после УФ-облучения поверхности мембраны. УФ-облучение приводит к увеличению производительности полисульфоновых мембран [37]. В целом, использование комбинированных физико-химических методов модификации при прочих равных условиях позволяет осуществлять процесс в более мягких условиях для полимера с одновременным совершенствованием технологии обработки — снижением концентрации реагента, температуры, продолжительности модификации. К достоинствам химических методов следует отнести широкий спектр подходов к модифицированию поверхности полимерных пористых систем и чрезвычайное разнообразие веществ, которые могут быть использованы в качестве модификаторов, что может обеспечить возможность получения мембран с требуемым комплексом физико-химических свойств. Таким образом, представленные преимуществе трансформации результаты свидетельствуют о химической природы поверхностного слоя полимера для решения практических задач по сравнению с изменением чисто структурных, физических характеристик. Выбор способа модификации определяется в соответствии с необходимыми эксплуатационными характеристиками и назначением мембран. Получение модифицированных мембран может сильно расширить ассортимент уже существующих мембран и позволить выпускать широкий спектр мембран для конкретных задач. Разрабатываемые методы модификации мембран должны удовлетворять следующим требованиям: достаточная простота используемого оборудования, сочетаемость с реальным технологическим процессом производства мембран, экологическая безопасность, низкая энергоемкость, модификация не должна 34 приводить к существенным изменениям структуры пор и значительному увеличению себестоимости конечного продукта [70]. 1.6 Использование мембран в медицине, фармацевтике, микробиологии Полимерные мембраны применяются в различных отраслях промышленности. Существуют области, где мембранные технологии вообще не имеют конкурентов – например, низкотемпературная стерилизация растворов, позволяющая удалять не только бактерии, но и вирусы, сохраняя при этом ценные качества термически неустойчивых веществ. Это особенно важно при получении биологически активных веществ, лекарственных препаратов, ферментов, стерилизации крови и продуктов на ее основе и т.д. Вопросы биологической безопасности были и будут актуальными для всех продуктов, которые в той или иной мере могут служить питательной средой для микроорганизмов. При этом, если до 80 годов основное внимание уделялось бактериальной безопасности, то в настоящий момент акцент сместился в сторону вирусов и прионов. Тем не менее, и в отношении бактерий появилась информация, заставляющая пересмотреть привычные представления и нормативы[71]. Фармацевтические производства и медицинские учреждения являются одними из важнейших потребителей воды высокого качества. Вода очищенная, высокоочищенная, дистиллированная вода, вода для инъекций и для гемодиализа - это далеко не полный список используемой в фармацевтических и медицинских учреждениях воды, получаемой специальными технологическими процессами. 35 многоступенчатыми Следует отметить, что использование полимерных мембран в фармацевтике и медицине имеет свои особенности. Первая особенность - получаемый фильтрат должен быть безопасным в эпидемическом отношении. Второе, вода для инъекций, высокоочищенная вода и вода для гемодиализа не должны вызывать пирогенных реакций, т, е. должны соответствовать нормативам по содержанию эндотоксинов. В целом, мембраны для медицины и фармацевтики можно разделить по требованиям к очистке и использованию продуктов на два основных вида: стерилизующие, бактерицидные (бактериостатические) [72]. 1.6.1 Стерилизующие мембраны Несмотря на то, что существует несколько методов получения стерильного продукта (применение сухого тепла, пара, гамма-радиации, бидистилляция и др.), наиболее перспективным в решении проблемы является метод мембранной фильтрации. Принцип стерилизующей фильтрации основан на разнице размеров пор мембран и бактериальных частиц [21]. В 60-х годах для стерилизации жидкостей применяли мембраны с размером пор 0,45 мкм. Мембраны квалифицировали с помощью тесткультуры Serratia marcescens, размером 0,6-1,0 мкм. После того как Bowman обнаружил, что через 0,45 мкм мембрану проникает Brevundimonas (Pseudomonas) diminuta для стерилизующих мембран ввели новый стандарт - 0.2/0.22 мкм, а Brevundimonas diminuta в минимальном квалифицирующем уровне 10 7 колоний образующих единиц (КОЕ)/см2 мембраны стали использовать в качестве тесткультуры для проверки стерилизующей способности мембран в соответствии с 36 рекомендациями основных документов регламентирующих производство лекарств в США: Food and drug administration (FDA) и Фармакопеи США.[71] Впоследствии в микробиологической лаборатории фирмы Pall (США) была обнаружена бактерия, которая заставила критерии стерилизующей мембраны, т.к. мембрану 0,2 она по-новому постоянно посмотреть на проникала через мкм. Эта мелкая бактерия, хотя и не была полностью классифицирована, но, как, оказалось, относится к виду Pseudomonas (Ps.sp)[73]. При этом она полностью задерживается 0,1 мкм мембраной. Такой факт был отмечен и другими исследователями. Оказалось, что в некоторых случаях лекарственные препараты заставляют микроорганизмы «съеживаться» (их линейные размеры могут уменьшаться до 40%). При длительном пребывании в препарате в отсутствии питательной среды микроорганизмы тоже могут заметно «похудеть». Явлению прорастания через мембрану было дано ещѐ одно рациональное объяснение, заключающееся в том, что бактериальная клетка при размножении делится на две части. По-видимому, в таком уменьшенном состоянии бактериальная клетка может проникнуть через мембрану, которая является непроницаемой для неѐ в остальное время[74]. Основными современными материалами для изготовления стерилизующих мембран являются: полиамид, полисульфон, эфиры целлюлозы. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. По химической стойкости материаламилидерами, среди представленных на рынке, являются полиамид и полисульфон. Выбор мембранного фильтрования в качестве предпочтительного метода разделения определен высокими требованиями к чистоте и безопасности лекарственных препаратов. Стерилизующие мембраны находят широкое применение в различных областях, в том числе для санитарно-микробиологического анализа воды, обеззараживающей фильтрации воды, для микробиологических, биологических, физико-химических и научно-исследовательских работ, для контроля качества 37 воды по содержанию микроорганизмов, для получения стерильных растворов и др. Мембраны для стерилизующего фильтрования водных растворов должны отвечать жестким требованиям, важнейшее из которых – обеспечение стерильности фильтрата. Мембрану считают стерилизующей, если при непрерывной подаче (16 часов) на фильтр 107 на см2 микроорганизма Pseudomonas Diminuta не показывает прохождение организмов. В процессе фильтрации для получения стерильного продукта необходимо удалить бактерии из раствора. Поэтому для доказательства эффективности фильтрующего изделия необходимо показать, что он способен отделять бактерии. При проведении этого теста должна реализовываться наиболее трудная ситуация, то есть размер патогенной бактерии должен быть минимальным и воспроизводимым, удерживание должно составлять 100 %. Из бактериального теста получают количественную величину для стерилизующего фильтра. Выражением для определения этой величины является LRV (десятичный логарифм отношения числа организмов, подаваемых на фильтр (на 1 см2) к числу организмов, прошедших через фильтр). Фильтр считается стерилизующим, если LRV≥7 на см2. Это означает, что при попадании на фильтр 107 на 1 см2 Pseudomonas Diminuta, выращенных в вышеуказанных условиях, ни один организм не проходит через фильтр [21]. Метод проверки стерилизующей способности фильтров с помощью Pseudomonas Diminuta АТСС 19146 введен в практику стандартом США ASTM D 3862. Этот метод заложен в основу сертификатов ведущих зарубежных производителей фильтров: Millipore (США), Pall (США), Sartorius (Германия). В настоящее время существует необходимость в поиске новых высокоэффективных мембранных материалов, обладающих двойным механизмом задержания загрязняющих частиц: ситовым и сорбционным. 38 1.6.2 Мембраны для санитарно-вирусологического анализа воды Концентрация микроорганизмов различного происхождения, в частности, вирусов в воде постоянно изменяется в зависимости от эпидемической обстановки, состояния систем канализации, эффективности очистки сточных вод и эффективности систем водоподготовки и по данным литературы может колебаться от 103 до 106 БОЕ/л (БОЕ – бляшкообразующая единица) в неочищенных сточных водах и от 10 до 103 БОЕ/л в воде поверхностных водоемов [77]. Совершенствование методов контроля над уровнем вирусного загрязнения воды является одним из приоритетных направлений работ в области снижения заболеваемости населения кишечными инфекциями. Эффективность санитарно вирусологического контроля зависит как от выбора метода концентрирования вирусов из различных водных объектов, так и от способа их выделения на клеточных культурах или от определения нуклеиновых кислот вирусов при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР) [77]. Используемые в настоящее время как в нашей стране [78], так и за рубежом [79, 80] методы концентрирования вирусов из различных объемов воды требуют значительных временных затрат (от 24 часов до нескольких суток), имеют ограничения по объему исследуемой воды (часто не более 10 л чистой воды), трудоемки из-за применения сложного оборудования и в ряде случаев не обеспечивают точного определения концентрации вирусов в исследуемой пробе. Эти факторы влияют на качество контроля водных объектов по вирусологическим показателям, и как следствие, на оперативность разработки противоэпидемических мероприятий при обнаружении вирусов в воде [77]. В связи с этим, наиболее перспективным методом осуществления первой стадии санитарно-вирусологического анализа, а именно концентрирования вирусов в настоящее время можно считать метод мембранной фильтрации. При этом 39 необходимо учитывать, что в значительной мере эффективность концентрирования вирусов зависит от степени загрязнения воды, характеристик фильтровальной установки и особенно от типа мембран[81, 82]. Ранее было показано, что для фильтрации большинства вирусов можно использовать ультрафильтрационные мембраны с размерами пор, меньшими, чем вирус. Так, Берман и др. [83] разработали метод концентрирования полиовирусов из воды с помощью ультрафильтрационных мембран фирмы Millipore. Эффективность задержания вирусов составила 70 % при 200-кратном их концентрировании. Белфорт и др. [84] представили метод концентрирования вирусов с помощью ультрафильтрационных мембран в виде полых волокон. Эти мембраны были изготовлены из полиамида в Исследовательском институте (Бергхоф GMBH, г. Тюбинген, Германия), причем один модуль содержал 210 капилляров (каждый с внутренним диаметром 1.5 мм и толщиной стенок 0.2 мм) с общей эффективной поверхностью 0.5 м2. При фильтрации воды из естественных источников ультрафильтры быстро забиваются, и срок их службы невелик. Исследования, проведенные российскими учеными, показали, что эффективность отечественных ультрафильтрационных мембран в отношении концентрирования вирусов различна и зависит от природы материала, из которого они изготовлены. Наибольшая эффективность сорбции вирусов наблюдалась на мембранах из нитроцеллюлозы (100 %-ная сорбция) и ацетатцеллюлозы (34 %-ная сорбция), фильтрационный материал из стекловолокна сорбировал менее 4 %. Было показано, что фильтры из нитроцеллюлозы могут быть использованы для индикации вирусов при их концентрировании из питьевой воды. Эффективность фильтров зависит от исходной концентрации вирусов в исследуемой воде[84]. Многочисленные исследования, проводимые в последние десятилетия, показали, что свойства мембран, и в частности, электроповерхностные свойства, во многом определяют их эксплуатационные характеристики, например адсорбцию различных веществ. Ранее считалось, что задержание разнообразных загрязнений мембранами осуществляется в основном по ситовому механизму. 40 Этот механизм предполагает функционирование при фильтрации только верхнего слоя мембраны. При смешанном сорбционно-ситовом механизме рассматривается работа всех слоѐв по толщине мембраны, точнее, всей поверхности, включая поверхность пор. При этом, с позиций скоростей фильтрования, сорбционноситовый механизм задержания предпочтительнее чисто ситового [86]. При ситовом механизме поры мембраны должны быть меньше задерживаемых частиц, при сорбционном, возможно задержание загрязнений и при их большем размере. Это дает преимущество в скорости фильтрования, и во многих случаях, значительное. Особое место в современных мембранных технологиях занимают так называемые «заряженные мембраны», в том числе, имеющие положительный заряд, обладающие, повышенной сорбционной способностью по отношению к отрицательно заряженным частицам и в частности к вирусам, колифагам и пирогенам, сохраняя при этом функциональные характеристики незаряженных мембран [87]. В настоящее время ряд зарубежных фирм производит положительно заряженные мембраны. Так, Фирма Pall [88] выпускает мембрану Posidine N 66, в которой заряд ковалентно присоединен к полиамиду 66. Мембраны с размером пор 0.1, 0.2, 0.45, 0.65, 0.8 и 1.2 мкм обладают положительным зарядом за счет четвертичных аммониевых групп. Способ получения мембраны с диаметром пор 0.1 мкм с положительным дзета-потенциалом описан в работе [89]. В работе [90] описывается способ получения положительно заряженной мембраны с помощью модифицирующей добавки. Способ получения предусматривает приготовление формовочного раствора путем растворения спиртонерастворимого полиамида, катионного водорастворимого полимера в качестве модифицирующей добавки в органическом растворителе, формования мембраны, ее отмывке и сушки при повышенной температуре. 41 В работе [91] было изучено влияние заряженных групп на морфологию и свойства мембран. получали инверсией Положительно фаз, заряженные содержащего асимметричные амины органического мембраны раствора бромметилированного бензилбромидом и аминированного поли-2,6-диметил-1,4фениленоксида. При использовании триметилбензиламмония, триэтилбензиламмония и трипропилбензиламмония для получения положительно заряженных групп одновременно увеличивается гидрофобность мембран. Было показано, что проницаемость воды и задержка желатина мембранами при разных величинах pH увеличивают с увеличением длины алкила. В работе [92] экспериментальным путем исследовано влияние заряда мембран на характеристики процесса разделения смесей протеинов. В качестве мембран были использованы полиэфирсульфоновые мембраны BiomaxTM 100 и модифицированные мембраны BiomaxTM. В результате были получены графики зависимости показателей процесса (просеивание компонентов, фактора разделения, селективности) от различных условий и отмечены возможности их улучшения. Фильтры с положительно заряженной поверхностью нашли применение также для концентрирования бактериофагов из вод различного происхождения. Также имеются сведения о применении фильтров с положительно заряженной поверхностью для концентрирования вирусов гриппа из небольших объемов аллантоисной жидкости при лабораторном приготовлении вирусных концентратов [93] В ассортименте фирмы Cuno Europe S.A. (Франция) имеются глубинные фильтры Zeta Plus, в том числе двухслойные (сочетающие более крупнопористый и более мелкопористый слои), сохраняющие сильный положительный заряд в широком диапазоне рН и характеризующиеся высоким уровнем грязеемкости [94]. Дисковые фильтры Zeta Plus изготавливаются из ионообменных смол с добавкой целлюлозы и диатомовой земли, а фильтр - патроны с гофрированными 42 листами изготовлены из двух идентичных слоев тонколистового материала, состоящего из стекловолокна с химически модифицированной поверхностью и целлюлозных смесей. Хоу и др. [95] испытывали фильтры Zeta Plus для улавливания разных частиц, включая не только вирусы, но и бактерии, эндотоксины и частицы латекса. Фирма Millipore [75] для этих целей имеет в своем ассортименте положительно заряженную мембрану с размером пор 0,22 мкм на основе поливинилиденфторида. Зависимость свойств мембран от pH фильтруемой среды Для ряда заряженных мембран важной характеристикой является изоэлектрическая точка, то есть такая кислотность среды, при которой поверхность мембраны не имеет электрического заряда. Один из методов определения поверхностного заряда мембран описан в [96]. В экспериментах для сравнения использованы микрофильтрационные мембраны с размером пор 0,20 мкм следующих производителей: - Pall (мембрана Ultipor, материал мембраны - полиамид 66); - Sartorius (мембрана Sartolon, материал - полиамид 66); - Sartorius (материал мембраны - ацетат целлюлозы со степенью замещения 2.5). Исследованные мембраны имеют одинаковый размер пор, но отличаются поверхностными характеристиками, которые зависят от материала мембраны, концентрации электролита и pH. На рисунке 1 приведена зависимость величины отношения Js/V от pH для исследованных мембран при постоянной концентрации ионов 10-4 моль/л, где Js – сила тока течения, а V- объем потока. При этом отношение Js/V считают линейно пропорциональным дзета- потенциалу мембраны. Положительное значение отрицательному дзета-потенциалу. 43 отношения Js/V соответствует Рис.1.10 Зависимость отношения силы тока течения к объему потока (Js/V, С/м3) от pH: 1-Sartorius CA 0.2 мкм; 2- Sartorius Sartolon 0.2 мкм;3- Pall Ultipor 0.2 мкм Из полученных данных видно, что полиамидные мембраны характеризуются сменой знака дзета - потенциала, причем нулевая точка соответствует изоэлектрической точке мембран, где положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга, а мембрана нейтральна по отношению к заряженным частицам. Значение изоэлектрической точки зависит от отношения амино- и карбоксильных групп в полиамиде, которое зависит от метода получения. Одним из способов увеличения дзета - потенциала мембраны является ее модификация аминосодержащими веществами [97]. 1.6.3 Мембраны, обладающие бактерицидными свойствами Одной из наиболее важных проблем мембранной технологии является снижение производительности мембран вследствие образования на их поверхности различных осадков. В отличие от процесса загрязнения мембран коллоидными и кристаллическими осадками, микроорганизмы не только осаждаются на поверхности мембраны, но и в дальнейшем размножаются, 44 прорастая через поры. Использование различных антибактериальных материалов является весьма перспективным методом борьбы с биологическими загрязнениями мембранных фильтров. Антибактериальную активность проявляет значительное количество природных и синтетических соединений, но только некоторые из них могут быть использованы для иммобилизации на поверхности мембран. К ним могут быть предъявлены следующие требования: - безопасность для человеческого организма бактерицидных агентовмодификаторов в концентрациях, достаточных для подавления жизнедеятельности микроорганизмов; - высокая активность действующих веществ и широкий спектр их антимикробного действия, которые должны сохраняться в течение требуемого периода эксплуатации. К таковым относятся катионактивные полимеры [98 - 105], содержащие атомы азота в основной или боковой цепи (например, хитозан, полигексаметиленгуанидин гидрохлорид), а также металлы: серебро, медь и их различные препараты [106]. Металлы, выраженными такие как серебро, бактерицидными медь свойствами и их и производные обладают являются эффективным антибактериальными средствами [107]. Доказано, что серебро имеет сильную токсичность к большому количеству микроорганизмов; по этой причине составы, содержащие серебро, обширно используются для борьбы с большинством бактерий. Серебряные составы используются для обработки ожогов и различных инфекций. Некоторые соли серебра и их производные используются как антибактериальные агенты. Большей высокой активностью обладает серебро в виде наночастиц, так как имеет большую площадь поверхности, что увеличивает их область контакта, и тем самым значительно повышая его бактерицидные свойства. Наночастицы серебра являются одним из важных достижением отечественной науки в области 45 нанобиотехнологий. В некоторых случаях, коммерческим продуктам, содержащим наночастицы металлического серебра размером 5-50 нм или ионное серебро, дают название ‗наносеребро‘ (nAg) [108]. Применение серебра в виде наночастиц позволяет во много раз снизить его концентрацию с сохранением всех бактерицидных свойств. Механизм воздействия серебра состоит из трех стадий[106]: Стадия 1: Серебро проникает в оболочку микроорганизмов и разрушает клеточные перегородки до проникновения в клетку; Стадия 2: Серебро взаимодействует с энзимами, деактивируя жизнеспособные молекулы. Стадия 3: На финальной стадии он взаимодействует с клетками ДНК, предотвращая репродукцию микроорганизма. Рис.1.11 Механизм воздействия серебра Авторы работ [109] показали, что серебросодержащие полиамидные мембраны проявляют выраженный бактериостатический эффект, однако бактерицидный эффект не достигается. В обзоре [110] сравниваются различные материалы, включая хитозан, наночастицы серебра, фуллерены, углеродные нанотрубки, TiO2 и ZnO. Авторы делают акцент на то, что нанотехнология - потенциальная альтернатива традиционным способам водоподготовки, и рекомендуют развивать новые методы получения антибактериальных 46 покрытий, функцианализированных наночастицами, и использование наночастиц металлов в существующих процессах водоподготовки. В работе [111] представлены полисульфоновые мембраны, импрегнированные серебром, изучены их антимикробные свойства. В этом исследовании наночастицы серебра (nAg) вводились в состав формовочной смеси для получения полисульфоновой ультрафильтрационной мембраны. Были установлены антибактериальные свойства по отношению ко множеству бактерий, включая Escherichia coli K12 и Pseudomonas mendocina KR1, и бактериофагу MS2. Введение наносеребра также повысило гидрофильность мембран, при этом уменьшило потенциальную возможность мембранного загрязнения. Но после относительно короткого периода фильтрования (0.4 л/см2) происходит значительная потеря серебра с поверхности мембраны, что приводит к значительной потере антибактериальной и антивирусной активности. В работе [112] сообщается о получении новых гибридных мембранах со слоем металлического серебра, а также его малорастворимой соли (AgI). В качестве исходной композитной мембраны использовали микрофильтрационные мембраны ЗАО НТЦ «Владипор» на основе фторопласта 42. Нанесение на поверхность мембраны антибактериального покрытия проводили различными методами: нанесение нерастворимой соли серебра, нанесением слоя металла методом магнетронного распыления. Наряду с серебром в качестве антимикробных агентов применяют различные катионоактивные полимеры, такие как хитозан, можно описать полигексаметиленгуанидин гидрохлорид и др. Механизм антимикробного действия поликатионов следующим образом: катионная природа данных веществ, приводит к связыванию его с кислотой фосфолипидов, входящих в структуры клетки микроорганизмов, в результате чего происходит нарушение обмена внутриклеточных веществ с внешней средой. 47 Разработанные трековые полиэтилентерефталатные мембраны [113], поверхностно модифицированные хитозаном и другими катионактивными азотсодержащими антибактериальными добавками показали стабильные антибактериальные свойства как относительно к грамотрицательной бактерии Escherichia coli НВ 101, так и грамположительной бактерии Stafilococus aureus CCM 209. В настоящее время не существует выпускаемых в промышленном масштабе мембран с антибактериальными свойствами, что вынуждает использовать сильнодействующие дезинфицирующие средства, отрицательно сказывающиеся на здоровье человека и экологии окружающей среды. В качестве таких мембран могут быть использованы микрофильтрационные полиамидные мембраны, модифицированные нанопорошками серебра. Исходя из анализа литературных научных данных по полимерным мембранам и способам их модификации, можно сделать следующие выводы: 1. Наиболее универсальными являются физико-химические методы модификации поверхности полимерных и пористых систем, характеризующиеся широким спектром возможностей и большим разнообразием используемых модификаторов [70]. 2. В качестве способов модификации могут быть выбраны методы объемной (введение полимерных добавок в объем базового полимера) и поверхностной (нанесение на поверхность мембраны модифицирующих агентов) модификации. 3. Для модификации предпочтительнее использовать природные и синтетические полимеры, не ухудшающие санитарно-гигиенические свойства мембран и хорошо совместимые с базовым полимером. 4. Одними из наиболее интересных с научной точки зрения и практически важных объектов для проведения исследований по модификации являются микрофильтрационные полиамидные мембраны, в связи с комплексом ценных свойств, которыми они обладают. 48 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В этой главе описаны объекты исследования, приведена характеристика методов и методик, использованных в экспериментальной части. Объектами исследования являлись: -мембраны микропористые капроновые (ММК) с размером пор 0,2 мкм производства ООО НПП «Технофильтр» (Россия, г. Владимир); -модифицированные микропористые капроновые мембраны; В качестве модифицирующих агентов использовались следующие вещества: - полиэтиленглиголь, ТУ 2483-007-71150986-2006, ООО "ХимПлюс" (Россия, Дзержинск); - глицер, ГОСТ 6824-96, ООО ПК СпектрЛаб (Россия, Дзержинск); - полигексаметиленгуанидин гидрохлорид (C7H16N3Cl)n, ТУ 9392-00841547288-00 выпускаемый Институтом эколого-технологических проблем (Россия, г. Москва); - продукт АГМ-3 - 1-аминогексаметилен 6-аминометилентриэтоксисилан, ТУ 6-02-586-86, ООО «ВППК» Волжская Производственно Промышленная Компания (Россия, г. Волжский); - продукт АГМ-9 - 3-аминопропилтриэтоксисилан, ТУ 6-02-724-77 производства ОАО «Алтайхимпром» (Россия, Алтайский край); - хитозан, ТУ 9289-067-00472124-03 производства ЗАО «Биопрогресс»(Россия, г. Щелково); - препарат наночастиц серебра марки «Сильвернано», ТУ 2499-00289609298-2009, ООО НПК «Наномет»(Россия, г. Москва); - серебро азотнокислое с массовой долей AgNO3 99,9%, ГОСТ 1277-75, ООО «ДМ Центр» (Россия, г. Екатеринбург); 49 - фосфат серебра производства «International Plastic Guide» г. Санкт- Петербург. В процессе выполнения диссертационной работы были разработаны новые и использованы известные методы получения мембран и методики исследования их характеристик: метод проведения объѐмной модификации; метод проведения поверхностной модификации; методика измерения вязкости формовочных растворов; методики определения порометрических характеристик мембран; методика определения прочностных свойств плоских мембран; методика оценки распределения пор по размерам; методика определения электрокинетического потенциала плоских микрофильтрационных мембран; методика оценки структуры полиамидной матрицы мембраны методом рентгеноструктурного анализа; электронная микроскопия; методика оценки стерилизующей способности мембран; методика испытания бактериостатической и бактерицидной способности мембранных фильтров дискового типа; методика определения массовой концентрации серебра методика определения эффективности концентрирования вирусов и фагов. 50 2.1 Мембраны микропористые капроновые Мембраны микропористые капроновые (ММК) представляют собой пористые пленки от белого до светло серого цвета. Мембрана имеет крупноячеистое строение с тонкими микропористыми перегородками, что предопределяет непрерывность структуры мембран и обеспечивает прочность и эластичность в сухом и смоченном виде. Благодаря высокой пористости и контролируемому размеру пор мембраны обладают высокой эффективностью удержания микрочастиц при большой скорости фильтрации. Мембраны на основе ПА-6 отвечают требованиям, предъявляемым к медицинским изделиям и материалам, длительно контактирующим с кровью и лимфой. Основные применения: - тонкая и стерилизующая фильтрация водных растворов и препаратов крови; - осветляющая и стерилизующая фильтрация фармацевтических жидкостей небольших объемов; - предварительная и стерилизующая фильтрация агрессивных сред (разбавленных кислот, щелочей, растворителей). Рабочие характеристики мембран марки ММК с размером пор 0,2 мкм представлены в таблице 2.1.: 51 Таблица 2.1 Рабочие характеристики мембран марки ММК[114] Размер пор, мкм 0,2 Начальная производительность по дистиллированной воде 8 при Р=0,10 МПа, мл/см². мин., не менее Минимальное давление проскока пузырька воздуха, МПа 0,365 Прочность на разрыв, МПа, не менее 3,5 Удлинение при разрыве, %, в пределах - сухие 20-45 - смоченные водой 60-80 Мембраны ММК изготавливаются из раствора ПА-6, в смеси муравьиной кислоты и воды. Полиамид Полиамиды - это группа полимеров с известными торговыми названиями: «капрон», «найлон», «анид», «перлон», «дедерон», «амилан», «силон», «фенилон», «кевлар» и др. В составе макромолекул алифатических полиамидов присутствует амидная связь и метиленовые группы, повторяющиеся многократно. Полиамиды частично кристаллизующиеся полимеры. Они являются жесткими материалами с высокой прочностью при разрыве и высокой стойкостью к износу, имеют высокую температуру размягчения и плѐнки на их основе выдерживают стерилизацию паром до 1400С. Амидные группы макромолекул связаны между собой межмолекулярными водородными связями, чем обусловлены высокие температуры плавления ПА по сравнению с аналогичными сложными полиэфирами. ПА сохраняет эластичность при низких температурах, так что температурный интервал их использования очень широк. ПА обладают высокой прочностью при ударе и продавливании. Плѐнки из ПА обладают значительной паропроницаемостью и низкой проницаемостью по отношению к большинству газов. 52 Таблица 2.2 Физико-механические свойства полиамида марок ПА 6 и ПА 66 [115] Свойства ПА 6 ПА 66 1130 1140 при растяжении 54,0-68,7 78,5-107,9 при сжатии 83,1-98,1 98,1-117,7 при статическом изгибе 88,3-98,1 98,1-107,9 Модуль упругости при растяжении, МПа 785-981 1570 Ударная вязкость по методу Шарпи, кДж/м2 98-128 98-157 Относительное удлинение при разрыве, % 100-150 100 Твѐрдость по Бринеллю, МПа 100-120 80-100 8-12 7-8 Плотность, кг/м3 Разрушающее напряжение, МПа Водопоглощение, % ПА занимают одну из лидирующих позиций в производстве мембран для микрофильтрации, что обусловлено комплексом свойств: прочностью и эластичностью; стойкостью к действию многих растворителей; смачиваемостью и устойчивостью к щелочному гидролизу. Учитывая то, что готовая продукция используется в пищевых или медицинских целях, сырьѐ для производства мембраны должно соответствовать высочайшему уровню чистоты. Данному требованию удовлетворяет полиамид-6 ТУ РБ 500048054037-02 или импортный аналог Nylon resin производства компании DuPont. Муравьиная кислота Муравьиная кислота НСООН — простейшая органическая одноосновная кислота, впервые была выделена из муравьев, содержится в крапиве, в хвое ели, в пчелином яде. Муравьиная кислота — бесцветная, ядовитая, едкая жидкость с резким запахом. Наряду с типично кислотными свойствами проявляет и свойства альдегидов, что следует из ее строения 53 Рис. 2.1 Формула муравьиной кислоты В промышленности муравьиную кислоту получают из окиси углерода и едкого натра, а действием H2SO4 выделяют чистую кислоту. NaOH + CO → HCOONa → (+H2SO4, −Na2SO4) HCOOH Муравьиная кислота применяется в химической, текстильной, пищевой промышленности, в медицине (муравьиный спирт). Подобно альдегидам муравьиная кислота проявляет восстановительные свойства: осаждает серебро из аммиачных растворов AgNO3; вступает в реакцию восстановительного аминирования. Основные физико-химические свойства муравьиной кислоты приведены в табл. 2.3. Таблица 2.3 Основные физико-химические свойства муравьиной кислоты [114] Наименование показателя Значение Плотность, кг/м3 1221 Молекулярная масса, г/моль 46,03 Показатель преломления 1,3714 Температура вспышки, °С 48,0 Температура плавления, °С 8,4 Температура кипения, °С 100,7 Константа диссоциации в водных растворах 1,77∙10-4 Предельно допустимая концентрация, мг/м3 1,0 Растворимость: - с водой, диэтиловым эфиром, этанолом смешивается во всех соотношениях - в алифатических углеводородах не растворяется 54 - в бензоле, толуоле, ССl4 умеренно растворяется Вода Вода – химическое вещество в виде прозрачной жидкости, не имеющей цвета, запаха и вкуса. Молекула воды нелинейна, угол между связями Н-О-Н составляет 104°27‘. Многие свойства воды аномальны, что вызвано строением ее молекулы и наличием водородных связей. Воду иногда рассматривают, как амфолит – и кислоту и основание одновременно. В отсутствии посторонних веществ в воде одинакова концентрация гидроксид-ионов и ионов водорода. Вода химически довольно активное вещество. Сильно полярные молекулы воды сольватируют ионы и молекулы, образуя гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности. 2.2 Полиэтиленгликоль Структурная формула: HO-CH2-(CH2-O-CH2-)n-CH2-OH Полиэтиленгликоль (ПЭГ) - (макрогол, полиэтиленоксид) — полимер этиленгликоля (этиленоксида).Для низкомолекулярного полиэтиленгликоля (карбовакс) молекулярная масса 200-40000, для высокомолекулярного (полиокс, алкокс) 100 тыс.-10 млн. Вязкие жидкости (молекулярная масса до 400), воскообразные вещества или кристаллические термопластичные полимеры (молекулярная масса 2 тыс. и выше). Температура плавления 65-72 °С, степень кристалличности 93-95 %; температура 55 стеклования от -100 °С (низкомолекулярный полиэтиленгликоль) до -65 °С (высокомолекулярный полиэтиленгликоль). Для высокомолекулярного полиэтиленгликоля: модуль упругости при растяжении 200-500 МПа, относительное удлинение 700-1200 %; твердость по Шору 99 (шкала А); плотность 1,1 — 1,2 г/см³; температура вспышки 182—287 °C. Применяется как: Связующее твердых ракетных топлив Растворители В медицине и косметике (основа для мазей) Криопротектор, основа регуляторов роста растений Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E1521. Полиэтиленгликоль растворим в бензоле, ацетонитриле, ССl4, хлороформе, ДМФА и многих других органических растворителях, при повышеных температурах – в спиртах, ацетоне, анизоле, диоксане; не растворим в парафинах, гликолях, глицерине. Неограниченно растворим в воде, но выпадает в осадок из водных расворов при температуре выше 100 °С, а также при введении неорганических солей. Полиэтиленгликоль подвержен термоокислительной и термической (выше 310 °С) деструкции, разрушается под действием высокоскоростного перемешивания и других сдвиговых воздействий, а также литийорганических и других металлоорганических соединений, О3, пероксидов, галогенов. Образует комплексы с хлоридом ртути HgCl2, солями щелочных и щелочно-земельных металлов, тиомочевиной, а также с некоторыми полимерами, например с полиакриловой кислотой. Основные показатели используемого полиэтиленгликоля соответствуют ТУ 2483-007-71150986-2006 и представлены в табл. 2.4. 56 Таблица 2.4 Основные показатели полиэтиленгликоля Наименование показателя Кинематическая вязкость при (40,0±0,3)°С, мм2/с pH водного раствора с массовой долей основного вещества 5% Значение 41 6,4 Среднее значение молекулярной массы 415 Массовая доля воды, % 0,1 2.3 Глицерин Глицерин (от греч. glykeros-сладкий). (1,2,3-пропантриол) СН2ОНСНОНСН2ОН, молекулярная масса 92,09; бесцветная вязкая жидкость сладкого вкуса без запаха; температура плавления 17,9 °С, температура кипения 290°С (со слабым разложением); d424 = 1,260; nD20 =1,4740; ε = 1450 мПа·с (20 °С), ε = 280 мПа·с (40 °С); γ = 63 мН/м (20 °С); ΔH0пл 18,49 Дж/моль, ΔH0исп = 76,13 Дж/моль (195°С), ΔH0обр = 659,76 Дж/моль; So = 298 204,89 Дж/(моль·К). Смешивается в любых соотношениях с водой, этанолом, метанолом, ацетоном, не растворим в хлороформе и эфире, растворим в их смесях с этанолом. Поглощает влагу из воздуха (до 40 % по массе). При смешении глицерина с водой выделяется тепло и происходит контракция (уменьшение объема); глицерино-водные растворы замерзают при низких температурах, например смесь, содержащая 66,7 % глицерина, при -46,5 °С глицерин образует азеотропные смеси с нафталином, рядом его производных и некоторыми другими соединениями. Некоторые свойства используемого глицерина представлены в табл. 2.5. 57 Таблица 2.5 Свойства глицерина Наименование показателя Значение Плотность при 20 ºС, кг/м3 1258 Показатель преломления, D20 1,4728 Массовая доля остатка после прокаливания в виде 0,001 сульфатов, %, не более Массовая доля сульфатов, %, не более 0,0005 Массовая доля хлоридов, %, не более 0,0001 Массовая доля аммонийных солей, %, не более 0,0005 Массовая доля железа, %, не более 0,00005 Массовая доля мышьяка, %, не более 0,00004 Массовая доля тяжѐлых металлов, %, не более 0,00005 Глицерин используют для производства нитроглицерина, глифталевых смол, как мягчитель для тканей, кожи, бумаги, компонент эмульгаторов, антифризов, смазок, кремов для обуви, мыл и клеев, парфюмерных и косметических препаратов, медицинских мазей, ликеров, кондитерских изделий. 2.4 Полигексаметиленгуанидин гидрохлорид Структурная формула: (C7H16N3Cl)n , где n = 4-50 Полигексаметиленгуанидин гидрохлорид – это линейный или разветвленный полимер c молекулярной массой 700-10000 кДа, представляющий собой прозрачную гидрохлорид (ПГМГ) стеклообразную хорошо массу. растворяется 58 Полигексаметиленгуанидин в воде. Это уникальное дезинфицирующее средство, эффективный фунгицид и антисептик: даже при минимальных концентрациях этого вещества гибнут золотистый стафилококк и синегнойная палочка. ПГМГ - катионный полиэлектролит, обладающий уникальным сочетанием физико-химических и биоцидных свойств, позволяющий этому полимеру применятся практически во всех сферах народного хозяйства. Физико-химические свойства ПГМГ: не имеет цвета и запаха, пожаробезопасен, взрывобезопасен, полностью растворим в воде, растворим в спирте, не теряет своих свойств при отрицательных температурах, не разлагается и сохраняет свои физико-химические и биоцидные свойства до температуры +120 С°. Биоцидные свойства ПГМГ: биоцид широкого спектра антимикробной активности в отношении грамотрицательных и грамположительных бактерий (включая микобактерии туберкулеза, легионеллеза), вирусов (в том числе вирусов энтеральных и парентеральных гепатитов, ВИЧ, полиомиелита, гриппа, герпеса и др.), грибов, в том числе плесневых, дрожжевых и дрожжеподобных, грибов рода Кандида, кандидоз, дерматофитов. Область применения ПГМГ: субстанция для производства дезинфицирующих средств, консервант, бактерицид, антимикробный реагент, биоцидная присадка; основа для выпуска фунгицидных (противоплесневых) продуктов; применяется для дезинфекции поверхностей медицинского и ветеринарного назначения, для дезинфекции в пищевой (молочной, кондитерской, хлебобулочной, мясной) промышленности, дезинфекции систем вентиляции и кондиционирования воздуха, дезинфекции на железнодорожном транспорте и метрополитене; используется для дезинфекции на коммунальных объектах, в детских и учебных заведениях; для очистки и обеззараживания воды; является катионным флокулянтом и коагулянтом; 59 ПГМГ-– добавка для создания биоцидных красок, придания биоцидных свойств полимерам, бетону, дереву, фильтрующим загрузкам (уголь, песок, цеолит) и другим поверхностям [102]. 2.5 Продукт АГМ-3 Продукт АГМ-3 представляет собой – NH2 (CH2)6 NHCH2 Si (O C2Н5)3 -1аминогексаметилен 6-аминометилентриэтоксисилан. Применение: Продукт АГМ-3 предназначается для использования в качестве активного отвердителя силиконовых компаундов, а также в качестве замасливателя при производств стеклопластиков. Особенности: - продукт АГМ-3 является устойчивым химическим веществом и не образует токсических соединений под воздействием других веществ или факторов производственной среды. - по степени воздействия на организм человека продукт АГМ-3 в соответствии с ГОСТ 12.1.007 относится к 3 классу - классу веществ умеренно опасных. - продукт АГМ-3 относится к горючим жидкостям, взрывобезопасен [117]. 60 2.6 Продукт АГМ-9 Прозрачная жидкость. Состав – гамма-аминопропилтриэтоксисилан, состоящий из смеси двух изомеров: гамма-аминопропилтриэтоксисилана и бетааминоизопропилтриэтоксисилана. Растворяется в воде, органических растворителях, спирте. Применение: - аппpетиpующий компонент замасливателей стеклонитей в производстве стекловолокна, аpмиpованных пластиков; - модификатор холоднотвеpдеющих смесей и разделительных покрытий модельно-стеpжневой оснастки в литейных производствах; - отвердитель для эпоксидных эмалей, грунтовок [118]. 2.7 Хитозан (1,4-2-ацетамидо–2деокси-β-D полиглюкан) Хитозаном принято называть полисахарид, содержание азота в котором выше 7%, а степень деацетилирования ацетамидной группы хитина не ниже, чем 40%. Хитозан – частично-кристаллический полимер, его степень кристалличности зависит от степени деацетилирования, но обычно невелика и составляет до 20%. Хитозан считается перспективным биоматериалом будущего; интерес к нему связан с уникальными физиологическими и экологическими свойствами такими как биосовместимость, биодеструкция, физиологическая 61 активность при отсутствии токсичности, доступность сырьевых источников для его получения. Хитозаны растворимы в разбавленных водных растворах неорганических (соляная, серная, фосфорная) и органических кислотах (уксусная, муравьиная, молочная, лимонная,аскорбиновая и др.). Применение биополимеров позволяет создавать не только биологически активные препараты, материалы для капсулирования лекарств, но и важные технические полимерные материалы – сорбенты, флокулянты, добавки к буровым растворам, биоразлагаемые упаковочные материалы и др. Одним из наиболее перспективных для решения указанных проблем является уникальный полимер хитозан, получаемый методом полимераналогичных превращений из хитина действием раствора щелочи (рис. 2.2.) Рис. 2.2 Реакция получения хитозана из хитина Сорбенты на основе хитозана значительно более эффективны, чем традиционные сорбенты типа активного угля, цеолитов и активной глины. Механизм сорбции ионов и молекулярных частиц сетчатым хитозаном, как и другими полисахаридами (крахмалом, циклодекстринами), может быть связан в зависимости от природы поглощаемого иона или соединения-загрязнителя с различными процессами: комплексообразованием, хелатированием, кислотноосновным взаимодействием; образованием водородной связи, гидрофобным взаимодействием между компонентами, физической адсорбцией. Интенсивность процесса сорбции зависит в значительной степени от рН среды, температуры, концентрации загрязняющего характеристики поверхности сорбента (его пористости). 62 воду вещества, К неоспоримым достоинствам хитозана относится его совершенная безопасность для человека и окружающей среды. В природных условиях он распадается полностью. Экологически чист [100, 101]. 2.8 Препарат наночастиц «Сильвернано» Препарат наночастиц серебра марки «Сильвернано» представляет собой водный мицеллярный раствор наночастиц серебра с концентрацией 4,9·10-3 моль/дм3. Препарат разработан и произведен в ООО НПК «Наномет»(Россия, г. Москва) 2.9 Нитрат серебра (AgNO3) Нитрат серебра представляет собой бесцветные негигроскопические кристаллы, плавящиеся при 208,5 °С ; при температуре выше 350 °С термически разлагается. AgNO3 очень легко растворяется в воде. При 20 °С его растворимость составляет 222 г на 100 г воды, при 100°С она возрастает до 952 г на 100 г. В присутствии органических веществ нитрат серебра чернеет вследствие частичного восстановления до металла. 63 Нитрат серебра - технически наиболее важное соединение этого металла. Эта соль служит исходным продуктом для приготовления остальных соединений серебра. Водный раствор AgNO3 используют в качестве электролита при электролитическом рафинировании серебра [119]. 2.10 Фосфат серебра Фосфат серебра (Ag3PO4) представляет собой желтые кубические кристаллы, температура плавления которых составляет 849°C. Плотность 6,37 г/см3 при 25°C [120]. Фосфат серебра используется для варки специального стекла используемого для дозиметрии излучений. Производитель «International Plastic Guide» г. СанктПетербург 2.11 Метод проведения объѐмной модификации Объемно модифицированные мембраны получали традиционным фазоинверсионном методом, описанным в предыдущем разделе. Приготовление формовочных растворов проводилось в идентичных условиях. Варьировались концентрация модифицирующего агента и его природа. Модифицирующий агент загружался в реактор после растворения ПА. 64 2.12 Метод проведения поверхностной модификации Технологический процесс поверхностной модификации состоит из следующих стадий: приготовление модифицирующего раствора; обработка мембраны модифицирующим раствором; промежуточная сушка и отмывка; сушка и намотка мембраны. 2.13. Методика измерения вязкости формовочных растворов Вязкость формовочных растворов определялась по стандартной методике на ротационном вискозиметре Брукфильда. 2.14 Методики определения порометрических характеристик мембран Главной характеристикой пористых мембран является их калибровка по средним и максимальным размерам пор. Идеальная мембрана должна иметь минимальное распределение по размерам пор. Для характеристики мембраны указывают либо номинальные, либо абсолютные размеры пор. 65 Структура микрофильтрационных мембран, имеющих поры диаметром от 0,1 до 10 мкм, может быть изучена методами сканирующей электронной микроскопии, ртутной порометрии, измерением проницаемости, методом точки пузырька [4]. На практике наиболее широкое применение для определения размеров пор получил метод точки пузырька. 2.14.1 Методика определения точки пузырька Метод определения точки пузырька заключается в определении минимального давления газа, необходимого для продавливания пузырька газа через поры плоской гидрофильной мембраны, пропитанной водой, или через поры гидрофобной мембраны, пропитанной спиртом. Точка пузырька исследуемых мембран определялась на стандартном приборе «Sartochek-3000» производства фирмы Sartorius, Германия. 2.14.2 Методика определения производительности Метод определения производительности мембран заключается в измерении объема воды прошедшей через плоскую мембрану в заданный промежуток времени при постоянном давлении. 66 Производительность микрофильтрационных плоских гидрофильных мембран по дистиллированной воде определялась по общепринятой методике [121]. 2.15 Методика определения прочностных свойств при растяжении плоских мембран Метод определения прочностных свойств основан на растяжении испытуемого образца с определенной скоростью при деформировании в сухом состоянии или в условиях абсорбционного равновесия с водой. Испытания проводились по стандартной программе [122]. 2.16. Методика оценки распределения пор по размерам Распределение пор по размерам для мембран определяли методом газожидкостной капиллярной потоковой порометрии (рис.2.3).Исследуемый образец мембраны помещали в измерительную ячейку 6. Давление азота, поданного из баллона 1, прошедшего через фильтр 2, изменяли регулятором давления 3 и измеряли манометром 4. Расходомером 7 измеряли объемный расход газа через смоченную мембрану. 67 Рис. 2.3Схема установки по изучению распределения пор по размерам пористых мембран 1 – баллон с азотом; 2 – фильтр; 3 – регулятор давления; 4 – манометр; 5 – быстроразъемное соединение; 6 – измерительная ячейка; 7 – расходомер; 8 – детектор. В качестве смачивающей использовали фторсодержащую жидкость «Galwick» с поверхностным натяжением 15.9 мН/м. Эта жидкость является низколетучей, быстро проникает в поры, хорошо смачивая мембрану. Измеряли поток азота через смоченную и сухую мембрану и строили зависимость потока J от давления. При условии полного смачивания формула Лапласа имеет вид: d= 4γ/p, где d – диаметр пор; γ – поверхностной натяжение жидкости; p – давление. На основе трех измерений строили зависимость распределения пор по размерам. 68 2.17 Методика определения электрокинетического потенциала плоских микрофильтрационных мембран Сущность метода определения электрокинетического потенциала заключается в установлении зависимости разности потенциалов Е, возникающей на противоположных поверхностях мембраны при фильтрации низкомолекулярного электролита, от трансмембранного давления Р. Испытания проводятся при атмосферном давлении в интервале температур от 17 до 23°С, как правило при 20±10С. Для проведения испытаний использовалось следующее оборудование и материалы: ячейка фирмы «Millipore», или аналогичная, тупикового типа диаметром 47 мм и объѐмом 150 см3 со встроенными Ag - AgCl электродами; вольтметр универсальный В7-21А по ГОСТ по Хв 2.710.014 с погрешностью измерения 0,1 мВ; манометр образцовый, класс точности 0,4; редуктор давления РДФ-3-1, с точностью 0,02 кГс/см2; раствор KCl с концентрацией 10-2 кмоль/м3. Схема ячейки определения электрокинетического потенциала представлена на рис. 2.4. 69 Рис.2.4 Схема ячейки определения электрокинетического потенциала 1,2 прокладки; 3-мембрана; 4-пористая подложка; 5-Ag-AgCl электроды Схема стенда определения электрокинетического потенциала (δ- потенциала) приведена на рис.2.5. 3 1 4 6 5 2 7 Рис.2.5 Схема стенда определения электрокинетического потенциала 1 – компрессор; 2 – редуктор давления; 3 – образцовый манометр ; 4 – воздушный кран; 5 – испытательная ячейка; 6 – вольтметр универсальный; 7 – Ag-AgCl электроды Проведение испытаний Образцы для испытания должны иметь форму круга с диаметром, равным диаметру испытательной ячейки с допуском минус 0,1 мм. На дно нижней крышки испытательной ячейки помещают пористую подложку, укладывают мембрану, затем прокладку, вставляют корпус ячейки, закрывают верхней крышкой и стягивают корпус с крышками приспособлением типа струбцины. Испытания проводятся при температуре (20 ± 3) оС. В ячейку (рис. 2) (5) заливается 100 мл 10-2 М раствора KCl. Сжатый воздух подается от компрессора (1) и редуктором (2) на манометре (3) устанавливается давление (0,2 – 0,5) кгс/см2, затем открывается кран (4). 70 Разность потенциалов (Е) на мембране определяется универсальным вольтметром В7 с точностью 0,1 мВ. Трансмембранное давление (Р) измеряется образцовым манометром. Построение и линеаризация зависимости Е(Р) дает возможность определить потенциал течения ΔЕ/ΔР. Обработка результатов Электрокинетический потенциал определяется по формуле: δ = kμ/εε0 · ΔE/ΔР k – электропроводность раствора в порах мембраны, Ом-1м-1 ; μ – вязкость раствора, Па·с; ε – диэлектрическая проницаемость раствора; ε0 – электрическая постоянная. При температуре испытания 20ºС: k=1,277·10-1Ом-1·м-1;μ= 10-3 Па·с;ε = 80; ε0 = 8,85·10-12 Ф/м Из зависимости Е(Р) значение ΔЕ/ΔР получается в мВ/атм (или в В/атм). Далее выражаем эту величину в мВ/Па. Для этого полученное из графика значение ΔЕ/ΔР делится на 98000 (1 атм = 98000 Па). Окончательно расчетная формула, приведенная к условиям эксперимента ( t= 20ºС), выглядит следующим образом: δ = 1,8·105·ΔE/ΔР мВ = 1,8·105·ΔE/ΔР·10-3 В 71 2.18 Методика оценки структуры полиамидной матрицы мембраны методом рентгеноструктурного анализа Рентгеноструктурное исследование модифицированных мембран проводилось в ИФХЭ РАН, г. Москва с использованием следующего оборудования: специализированный малоугловой дифрактометра SAXSess производства фиры Anton Paar (Австрия). порошковый дифрактометре Empyrean (производитель - Panalytical, Нидерланды). 2.19 Электронная микроскопия Сканирующая электронная микроскопия позволяет получить изображение структуры материала, а также частиц размерами от десятков нанометров до сантиметров. В работе использовался микроскоп JEOL JSM-6380 LA с анализатором JED 2300. Так как наилучшие результаты можно получить только для образцов, обладающих электропроводностью, мембраны перед измерениями напылялись тонким слоем (20-30 нанометров) углерода. Использован режим Вторичных электронов (Secondary electrons), позволяющий как визуализовать структуру мембраны с необходимым металлические частицы 72 разрешением, так и обнаружить 2.20 Методика оценки стерилизующей способности мембран Эффективность стерилизующей способности полиамидных мембран определялась в ФГБОУ ВО «МГУ им. М.В. Ломоносова» по стандартной методике. Методика заключается в определении наличия или отсутствия модельного микроорганизма после фильтрации через испытуемую мембрану. Исследования проводились с использованием тест-культуры Brevundimonas diminuta ATCC 19146 при уровне нагрузки 107 КОЕ на 1 см2 эффективной фильтрующей поверхности. 2.21 Методика испытания бактериостатической и бактерицидной способности мембранных фильтров дискового типа Общие положения Методика устанавливает порядок подготовки и проведения испытания бактерицидной и бактериостатической способностей мембранных фильтров дискового типа, предназначенных для фильтрации воды из природных источников. Под бактерицидной и бактериостатической способностями подразумевается способность мембран убивать и подавлять рост и размножение микроорганизмов соответственно, с размерами равными или более 0,22 мкм. 73 Основанием для оценки бактерицидных и бактериостатических свойств мембран является способность задерживать рост условно-патогенной микрофлоры, представителем которой является Escherichia coli. Испытание мембранных фильтров должно проводиться в "чистом" помещении на рабочем месте, оборудованном установкой подачи ламинарного потока стерильного воздуха (1 класс чистоты). Этапы работы Подготовка к проведению испытаний Для проведения испытания бактерицидной и бактериостатической способностей мембран используют тест-культуру Escherichia coli №320, представляющую собой грамотрицательные палочки, не образующие спор, со слегка закруглѐнными концами, размером 0,4-0,8х1-3 мкм. Бактерии хорошо растут на простых питательных средах: мясопептонном бульоне (МПБ), мясопептонном агаре (МПА). Тест-культуру Escherichia coli №320 выращивают при температуре 37°С в течение 18-20 часов на МПА. Затем готовят рабочий раствор с известной концентрацией микробных клеток: 1x104 КОЕ/см3 (колониеобразующие единицы). Для испытания берут объем раствора 50 см3. Химическая посуда и растворы, используемые для работы, должны быть стерильными. Испытания проводят в трехкратной повторности. Проведение испытания По 50 см3 рабочего раствора тест-культуры фильтруют через каждую испытуемую мембрану и контрольные образцы мембран. После окончания фильтрования фильтр осторожно поднимают за край фламбированным пинцетом и переносят его, не переворачивая, на питательную среду, разлитую в чашки Петри, избегая пузырьков воздуха между средой и фильтром. Поверхность фильтра с осевшими на ней бактериями должна бытъ обращена вверх. 74 Под каждым фильтром на дне чашки делают надпись с указанием номера пробы и даты посева. Фильтрат высевают на чашку Петри с питательной средой из расчета по 0,1 см3 на чашку, не менее 3 повторов. Посевы инкубируют при температуре 37°С в течение 7-14 суток. Учет результатов Учет результатов оценки бактерицидных свойств мембранных фильтров начинают проводить через 24 часа после посева и заканчивают через 7-14 суток. Рост тест-культуры на поверхности фильтра учитывают через 24, 48, 72, 96, 120, 144, 168 и т.д. часов. Подсчитывают все выросшие на фильтрах колонии. Подсчет следует производить только на тех чашках, на которых выросло не более 300 изолированных колоний. Подсчитанное количество колоний на каждой чашке суммируют и делят на три. Результат выражают числом колоний образующих единиц (КОЕ) в 1 см2 исследуемой пробы воды и заносят в протокол. Если подсчет колоний на фильтрах невозможен, то в протоколе отмечают: "сплошной рост". В первую очередь учитывают результаты роста тест-культуры на контрольных фильтрах: - на поверхности положительного контрольного фильтра роста тесткультуры не должно быть в течение всего срока наблюдения 7-14 суток; - на поверхности отрицательного контрольного фильтра через 24 часа должен наблюдаться сплошной рост тест-культуры. Если эти условия соблюдаются, то приступают к учету результатов на испытуемых фильтрах. На поверхности испытуемого фильтра, обладающего бактериостатическими или бактерицидными свойствами, через необходимое время после инкубации в чашках Петри с МПА при 370С количество колоний тестовой культуры не должно превышать 10 либо рост тестовой культуры должен отсутствовать. 75 В случае обнаружения роста тест-культуры на поверхности испытуемого фильтра, проводят подсчет количества выросших колоний. Интерпретация результатов Результаты, полученные после инкубирования мембранных фильтров, интерпретируют следующим образом (таблица 2.6): - если рост тест-культуры на испытуемой мембране после фильтрации и инкубирования при 370С в течение заданного времени полностью отсутствует, то данный фильтр считают бактерицидным; - если на испытуемой мембране после фильтрации и инкубирования при 370С через 5 суток обнаруживается рост колоний тест-культуры в количестве от 0,1 до 10 микробных клеток, то мембранный фильтр оценивают, как бактериостатический; - если на поверхности испытуемого мембранного фильтра отмечают рост тест-культуры в количестве более 10 колоний, то делают заключение об отсутствии бактериостатических и бактерицидных свойств у данного мембранного фильтра. Таблица 2.6 Оценка бактериостатических и бактерицидных свойств мембранных фильтров Время учета, сут. Объем рабочего Учет колоний Оценка фильтра раствора, см3 1-14 50 Отсутствие роста Бактерицидный 1-14 50 0,1 - 10 Бактериостатический 1-14 50 > 10 Не обладает бактериостатическими свойствами 76 2.22 Методика определения массовой концентрации серебра Данный метод основан на измерении поглощения излучения резонансной длины волны атомным паром определяемого элемента, образующимся в результате электротермической атомизации анализируемой пробы в графитовой печи спектрометра. В исследованиях применялся Атомно-абсорбционный спектрометр КВАНТ-Z.ЭТА с электротермическим атомизатором и зеемановской коррекцией фонового (неатомного) поглощения резонансного излучения. Для измерения концентрации серебра использовали растворы, полученные экстракцией элемента из мембранных образцов или растворением сухого остатка, образовавшегося в результате температурной минерализации мембраны. 2.23. Методика определения эффективности концентрирования вирусов и фагов Эффективность концентрирования бактериофага МS-2 и вируса полиомиелита модифицированными мембранами определялась в лаборатории ФГБУ НИИ ЭЧиГОС им. А.Н. Сысина в соответствии с МУК 4.2.2029-05. Санитарно- вирусологический контроль водных объектов [78]. 77 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Планом диссертационной работы предусматривалось: -выбор модифицирующих веществ, для получения полиамидных микрофильтрационных мембран с высокими эксплуатационными свойствами; - изучение структуры и исследование порометрических, прочностных и электроповерхностных свойств модифицированных мембран; -исследование стерилизующей способности модифицированных полиамидных микрофильтрационных мембран; -исследование возможности применения модифицированных полиамидных мембран с повышенным положительным зарядом при санитарно- вирусологическом анализе воды; -изучение влияния модифицирующих веществ на бактериостатические свойства мембран; -разработка промышленного способа получения мембран, обладающих антибактериальными свойствами. 78 3.1 Разработка мембран с высокими эксплуатационными свойствами 3.1.1 Выбор модифицирующих добавок. На первом этапе исследований был проведѐн выбор модифицирующей добавки для получения полиамидных микрофильтрационных мембран с улучшенными порометрическими и механическими свойствами. Изучены характеристики модифицированных мембран. Основными требованиями, предъявляемыми к добавкам, при модификации полиамидных мембран являются: - совместимость с полиамидом; - растворимость в смеси муравьиная кислота-вода; - высокая эффективность при малых дозах; - безопасность; - доступность; - низкая стоимость. Исходя из литературных данных [23, 45, 70, 100 – 102, 123] в качестве наиболее перспективных и доступных были выбраны ПЭГ, глицерин, хитозан (ХТЗ), полигексаметиленгуанидин гидрохлорид (ПГМГ). Выбранные модифицирующие агенты образуют стабильные растворы с полиамидом 6 в муравьиной кислоте в широком интервале концентраций, а так же приводят к изменению кинетики осаждения смеси полимеров при формовании мембран, что является дополнительной возможностью направленного регулирования структуры формирующейся мембраны. Для определения оптимального состава формовочного раствора были 79 получены и исследованы образцы модифицированных микрофильтрационных мембран. Получение мембран осуществлялось путем объемной модификации, т.е. растворения мембранообразующего полимера (ПА-6) в муравьиной кислоте и последующим введением в формовочный раствор модифицирующих агентов в количестве 0,5-3,0 % от массы мембранообразующего полимера с последующей отливки мембраны путѐм помещения раствора полимера в осадитель, промывки и сушки полученной модифицированной микрофильтрационной мембраны. Все эксперименты проводились в идентичных условиях (соотношение полиамида-6, растворителя, нерастворителя оставалось постоянным, изменялись только природа и количество модифицирующих агентов). В качестве исследуемых параметров были выбраны основные порометрические характеристики: точка пузырька (Т.п.), производительность (Q) и прочностные свойства мембраны: разрушающее напряжение при растяжении (σ), относительное удлинение при разрыве (L). Вначале было изучено влияние ПЭГ и глицерина на порометрические свойства полиамидных мембран. Результаты приведены на рис. 3.1. На основании изученных данных было сделано предположение, что при модификации полиамидной микрофильтрационной мембраны ПЭГ и глицерином должны значительно измениться свойства получаемых мембран [23]. Так как ПЭГ и глицерин, в качестве нерастворителя, изменяя термодинамические свойства полимерного раствора, промотирует фазовое разделение формовочного раствора, с другой стороны их присутствие в растворе увеличивает вязкость раствора, замедляя фазовое расслоение. Два различных эффекта работают одновременно, влияя на структуру и характеристики мембран. 80 Рис. 3.1 Влияние количества ПЭГ и глицерина на порометрические характеристики мембран Однако проведенные исследования показали, оказали существенного влияния на что ПЭГ и глицерин не порометрические характеристики полиамидной микрофильтрационной мембраны. Во второй серии экспериментов в качестве модифицирующих агентов использовались вещества, содержащие аминогруппы, а именно природный полимер ХТЗ и синтетический ПГМГ. Рис. 3.2 Влияние количества поликатионов на порометрические характеристики микрофильтрационных мембран Полученные результаты, приведѐнные на рис. 3.2, показывают, что при увеличении количества ХТЗ, производительность возрастает, достигая при 0,75 % 81 значения 14 мл/см2∙мин. При этом точка пузырька заметно повышается до концентрации ХТЗ в 1,0%. С точки зрения оценки порометрических характеристик для мембран с эффективным средним диаметром пор 0,2 мкм оптимальными являются рецептуры мембран с добавками 0,75 - 1,0% ХТЗ, сочетающие достаточно высокую производительность и значение точки пузырька, которое может обеспечить хорошую задерживающую способность по отношению к микроорганизмам. Характер изменений порометрических характеристик полиамидных мембран при модификации их ПГМГ несколько отличается от варианта с использованием ХТЗ. В этом случае при увеличении содержания модифицирующего агента точка пузырька не увеличивается, а наоборот снижается. Производительность при этом повышается до значения 12,1 мл/см2∙мин при 1,0% ПГМГ, а затем заметно снижается. Эта разница может быть обусловлена отличием в характере взаимодействия в системах: полиамид-ХТЗ и полиамид- ПГМГ. Известно, что ХТЗ хорошо совместим с широким кругом полимерных соединений, и со многими из них участвует в реакциях комплексообразования. Так в работе [123] показано, что ХТЗ образует комплексы с поливинилкапролактамом (ПВК) с образованием водородных связей между -C=O группой ПВК и OH- и NHгруппами ХТЗ. По-видимому, аналогичное взаимодействие происходит и в нашем случае, когда карбонильные группы полиамида образуют водородные связи с функциональными группами ХТЗ. Можно предположить, что такое взаимодействие, а также способность ХТЗ поглощать значительное количество воды ускоряет процесс осаждения полиамида и позволяет проводить его более равномерно за счѐт распределения ХТЗ по всему объѐму раствора. Эти факторы приводят к получению более плотной мембраны с повышенной точкой пузырька. В случае ПГМГ гуанидиновая группа также должна образовывать водородную связь, как и в случае с ХТЗ. Тем более, что она является более сильным органическим основанием, с удобным пространственным расположением атомов 82 азота. Однако наличие гидрофобной полиметиленовой цепочки, по-видимому, осложняет их взаимодействие с полиамидом. Поэтому минимальное количество ПГМГ хорошо распределяется в матрице основного полимера и дают некоторое повышение свойств, а уже при содержании 2% наблюдается обратная тенденция. Исследование механических свойств образцов модифицированных мембран показало (рис. 3.3), что мембраны, модифицированные ХТЗ, обладают улучшенными по сравнению с исходными, механическими свойствами (относительное удлинение при разрыве достигает 75,2%, а разрушающее напряжение при растяжении 5,80 МПа, тогда как у исходных эти показатели 38,2% и 4,08 МПа соответственно). Рис. 3.3 Влияние количества ХТЗ на прочностные характеристики мембран Анализ экспериментальных данных показал, что наиболее перспективным модификатором, порометрические оказывающим и значительное прочностные положительное характеристики влияние на микрофильтрационных полиамидных мембран, является природный полисахарид – ХТЗ. Таким образом, в дальнейших исследованиях использовались мембраны модифицированные ХТЗ. Ниже представлены микрофотографии исходной 0,5% ХТЗ полиамидной мембраны (рис. 3.4). 83 и модифицированной 20 мкм 20 А мкм Б Рис.3.4 Микрофотографии среза полиамидных мембран. А – исходная мембрана; Б – модифицированная 0,5 % ХТЗ. На фотографиях видно, что структура модифицированной мембраны стала более плотной и равномерной. Для более детального изучения влияния ХТЗ на структуру и свойства мембран было измерено распределение пор по размерам, проведен рентгеноструктурный анализ исходных и модифицированных мембран, а также изучено влияние ХТЗ на электрокинетический потенциал поверхности получаемых мембран. Для оценки распределения пор по размерам были исследованы два образца мембраны: исходная и модифицированная 0,5 % ХТЗ. Известно, что для обеспечения высокой степени очистки фильтруемой среды очень важно узкое распределение пор по размерам применяемых мембран [1, 2, 21]. 84 Доля пор, % Размер пор, мкм Рис. 3.5. Графики распределения пор по размерам исходной и модифицированной 0,5 % ХТЗ 1 – исходная мембрана; 2 – модифицированная 0,5% ХТЗ. Из приведенного графика (рис. 3.5) отчетливо видно, что добавка ХТЗ уменьшает средний размер пор и приводит к более узкому распределению пор по размерам. Рентгеноструктурное исследование модифицированных мембран проводилось в ИФХЭ РАН, г. Москва с использованием специализированного малоуглового дифрактометра SAXSess производства фиры Anton Paar (Австрия). Образцы мембран изучались в геометрии на прохождение. Для измерений образец полимерной мембраны площадью несколько квадратных миллиметров помещается в специальный держатель. Измерения проводились в вакууме при комнатной температуре; вакуумирование позволяет существенно снизить рентгеновское рассеяние на воздухе и, таким образом, существенно увеличить точность получаемых данных [128]. Результаты рентгеноструктурного анализа приведены на рис. 3.6. 85 Рис. 3.6 Степень кристалличности и размеры кристаллов в мембранах при модификации ХТЗ Данные рисунка показывают, что с увеличением количества вводимого ХТЗ средний размер кристаллитов постоянно уменьшается, а общая кристалличность остается не изменой до концентрации в 1,0 % и структура модифицированной мембраны становится более равномерной. Дальнейшее увеличение концентрации ХТЗ ( > 1% ) значительно увеличивает вязкость формовочного раствора (рис. 3.7), изменяется фазовое расслоение, что и приводит к снижению степень кристалличности и ухудшению порометрических и прочностных характеристик мембран. Рис. 3.7 Зависимость вязкости формовочного раствора от концентрации ХТЗ 86 Далее были проведены исследования по определению влияния количества ХТЗ на электрокинетический потенциал полиамидных мембран, полученных в ходе выполнения данной работы. Сущность метода определения потенциала течения (электрокинетического потенциала) заключается в установлении зависимости разности потенциалов Е, возникающей на противоположных поверхностях мембраны при фильтрации низкомолекулярного электролита, от трансмембранного давления Р. Результаты представлены в таблице 3.1. Таблица 3.1 Зависимость величины электрокинетического потенциала от количества вводимого ХТЗ Содержание модификатора, % Электрокинетический потенциал, мВ 0 4,4 0,5 ХТЗ 9,3 0,75 ХТЗ 13,8 1,0 ХТЗ 16,8 1,5 ХТЗ 17,3 3,0 ХТЗ 17,4 Полученные количества ХТЗ результаты на свидетельствуют электрокинетический о значительном потенциал влиянии модифицированных полиамидных мембран вплоть содержания его до 1,0 % [97]. Замедление роста заряда поверхности может быть связано с вымыванием ХТЗ не связанного матричным полимером при фазоинверсионном способе получения мембран. Приведенные результаты дают основание говорить о том, что хитозан играет роль структурирующей добавки, непосредственно влияющей на формирование надмолекулярной структуры модифицированных полиамидных 87 мембран и как следствие электроповерхностные свойства на порометрические, получаемой мембраны. прочностные и Введение ХТЗ в небольших количествах 0,5 – 1,0% позволяет ему равномерно распределиться между макромолекулами полиамида, что и приводит при осаждении (формовании мембраны) к образованию более равномерной структуры мембраны. Такой структуре мембраны соответствует более узкое распределение пор и как следствие более высокая Т.п. 3.1.2 Исследование стерилизующей способности модифицированных полиамидных микрофильтрационных мембран Стерилизация - способ, получения продукта, не содержащего вегетативных и споровых форм патогенных и непатогенных микроорганизмов[21]. Существует несколько методов получения стерильного продукта: -стерилизующая фильтрация; -применение сухого тепла, пара; - гамма-радиация и др. Вероятно, что наиболее перспективным в этом отношении является метод мембранной фильтрации с использованием мембран, обладающих стерилизующей способностью. Стерилизующие мембраны уже находят широкое применение в различных областях медицины и фармацевтики, в том числе для санитарно- микробиологического анализа воды, обеззараживающей фильтрации воды, микробиологических, исследовательских биологических, работ, для физико-химических получения 88 стерильных и растворов научнои т.д. Преимущество стерилизации воды путем фильтрации заключается в том, что этот способ является экономически более выгодным, чем бидистилляция. Мембраны для стерилизующего фильтрования водных растворов должны отвечать жестким требованиям, важнейшее из которых – отсутствие патогенных микроорганизмов в фильтрате. Примерами мембранной стерилизации может служить фильтрация: - культуральных сред для ферментаторов или биореакторов; - вспомогательных компонентов сред для ферментаторов или биореакторов; - сывороток для клеточных культуральных сред; - технологической воды; - хроматографических буферов; - буферов для диализной фильтрации; - растворителей; - дезинфицирующих средств; - продукции, предназначенной для промежуточного хранения; - нестерильных активных фармацевтических ингредиентов (АФИ); - cтерильных питательных сред для валидации асептического дозирования; - термически стерилизуемых препаратов для инъекций; - асептически дозируемых стерильных препаратов для инъекций; - асептически дозируемых стерильных препаратов для наружного применения и лекарственных средств для применения в офтальмологии. В процессе фильтрации для получения стерильного продукта необходимо удалить бактерии из раствора. Поэтому для доказательства эффективности фильтрующего изделия необходимо показать, что он способен отделять бактерии. При проведении этого теста должны обеспечиваться взаимно исключающие факторы, то есть размер патогенной бактерии должен быть минимальным и с другой стороны удерживание должно составлять 100%. Мембрану считают стерилизующей, если при подаче на фильтр микроорганизма Brevundimonas diminuta с концентрацией 107 КОЕ на 1 см2 не 89 показывает прохождение организмов. Удерживание остается абсолютным для фильтров с размером пор 0,2 мкм, даже если химический состав бактериальной среды изменяется за счет добавления солей для снижения адсорбционных взаимодействий между микроорганизмом и мембраной. Фильтры с размером пор 0,2 мкм задерживают микроорганизмы за счет «экранного» механизма, а не в результате адсорбции. Критерием стерилизующей способности может являться точка проскока пузырька воздуха, показывающая средний размер пор мембраны. Одной из задач, решаемой в данной работе, явилось исследование стерилизующей способности модифицированных полиамидных микрофильтрационных мембран. Для проведения сравнительных исследований по стерилизующей способности использовались следующие типы мембран: ─ микропористые полиамидные мембраны (ММК) производства ООО НПП «Технофильтр» с точкой пузырька: от 3,6 до 4,0 атм. ─ модифицированные микропористые полиамидные положительно- заряженные мембраны модифицированные ХТЗ с точкой пузырька от 3,5 атм. до 4,0 атм. (ММПА+), полученные в условиях опытного производства ООО НПП «Технофильтр»; ─ мембраны фирмы Миллипор НА- 0,45 и GS-0,22. Эффективность стерилизующей способности полиамидных мембран определялась в ФГБОУ ВПО «МГУ им. М.В. Ломоносова» в соответствии с требованиями стандарта ASTM «Стандартный метод определения бактериальной задержки мембранных фильтров, используемых для жидкостной фильтрации (Standart Test Method for Determining Bacterial Retention of Membrane Filters Utilized for Liquid Filrtation)" и ГОСТа Р ИСО В408-2-2007 полимерная мембрана или фильтрэлемент на его основе. Испытания проводились с использованием тест-культуры Brevundimonas diminuta ATCC 19146 при уровне нагрузки 107 КОЕ на 1 см2 эффективной фильтрующей поверхности. 90 Биологический факультет МГУ располагает единственным в Российской Федерации музеем микроорганизмов, в котором имеется Brevundimonas diminuta, используемая в настоящее время большинством ведущих организациями мира в качестве тест организма при определении стерилизующей способности мембран. В первой серии экспериментов было изучено влияние на процесс задержания микробных клеток мембраной различных способов фильтрования, а именно под давлением и с помощью вакуума. С этой целью была выполнена серия экспериментов, в которой в качестве мембран использовали контрольные мембраны фирмы Миллипор с размером пор 0,45 мкм марки НА, традиционно используемые в течение уже десятков лет в качестве контрольных при микробиологическом анализе воды и однородность которых по размеру пор не вызывает сомнений. Результаты испытаний мембран представлены в таблице 3.2. Таблица 3.2 Влияние способа фильтрации прохождения микробных клеток через мембрану. Наименов Способ Питательная среда ание Результат фильтрации мембраны 1 сутки 2 сутки 3сутки НА-0,45 Муть Муть Муть Вакуум Не стерил. НА-0,45 Муть Муть Муть Вакуум Не стерил. НА-0,45 Муть Муть Муть Вакуум Не стерил. НА-0,45 Прозрачно Муть Муть Давление Не стерил. НА-0,45 Прозрачно Муть Муть Давление Не стерил. НА-0,45 Прозрачно Муть Муть Давление Не стерил. Опыты показали, что все образцы мембран НА-0,45 пропустили культуру Brevundimonas diminuta ATCC 19146, однако при фильтровании под давлением культура через фильтр проходит менее интенсивно, чем под вакуумом: 91 помутнение питательной среды, в отличие от фильтрования под вакуумом происходит не на 1-ые сутки, а на 2-ые, выравниваясь на третий день. В связи с тем, что большинство промышленных и экспериментальных мембранных аппаратов работают под давлением, вторую серию экспериментов по определению стерилизующей способности полиамидных мембран проводили именно в этих условиях. Результаты испытаний представлены в таблице 3.3. Таблица 3.3 Результаты исследования стерилизующей способности модифицированных микрофильтрационных полиамидных мембран Наличие или Производительность, отсутствие 2 мл/ см ·мин стерилизующего эффекта 18,2 Не стерильно Наименован ие мембраны Точка пузырька, атм ММПА+ 3,5 ММПА+ 3,6 16,8 Стерильно ММПА+ 3,7 15,4 Стерильно ММПА+ 3,8 14,2 Стерильно ММПА+ 3,9 14,5 Стерильно ММПА+ 4,0 14,0 Стерильно ММК 3,6 9,3 Не стерильно ММК 3,7 9,0 Не стерильно ММК 3,8 8,6 Стерильно ММК 3,9 8,6 Стерильно ММК 4,0 8,0 Стерильно GS - 0,22 3,7 14,8 Стерильно Результаты испытаний, представленные в таблице 3.3 показывают, что модифицированные полиамидные мембраны ММПА+ с точкой пузырька ниже 3,6 92 атм. не полностью задерживают тест-культуру. Образцы ММПА+ с Т.п.= 3,6 атм. и выше также как и исходная мембрана ММК – 0,2 с точкой пузырька не ниже 3,8 атм. обладают стерилизующей способностью. Таким образом, можно сделать вывод, что мембраны, модифицированные ХТЗ по стерилизующей способности сравнимы с мембраной «Миллипор GS0,22» и имеют более высокие порометричесикие и стерилизующие свойства в сравнении с мембранами ММК производства ООО НПП «Технофильтр». 3.1.3. Определение возможности применения модифицированных полиамидных мембран с повышенным зарядом поверхности при санитарновирусологическом анализе воды Так как вирусы по своей природе являются гидрофильными коллоидными частицами, которые, как правило, несут поверхностный отрицательный заряд, то было бы логичным для их выделения из воды применять положительно заряженные мембраны. К настоящему времени рядом ведущих в области мембранных технологий фирм разработаны и выпускаются в промышленных масштабах мембраны, изготовленные из полимеров, содержащих ионогенные группы, придающие мембранам положительный или отрицательный заряд. Такие мембраны получили название «заряженные». Наличие поверхностного заряда способствует увеличению селективности мембран за счет электростатического отталкивания или за счет увеличения адсорбционной емкости. Кроме того, введение в мембрану фиксированного заряда позволяет сделать активный (барьерный) слой более рыхлым, что приводит к повышению производительностьи мембраны при 93 сохранении высокой селективности. Так называемые «заряженные» мембраны могут быть получены различными способами: - путем формования из полимеров, содержащих ионогенные нруппы; - химической модификацией поверхностей мембраны; - формированием нестехиометрических интерполимерных комплексов; - межфазной поликонденсацией, проводимой на поверхности пористых подложек и т.п. Возрастающее значение в последнее время приобретают процессы фильтрации с использованием положительно заряженных мембран в фармацевтической, пищевой и электронной промышленностях. Так, фирмой «Pall Corp.» производятся патронные фильтры на основе микрофильтрационных мембран с положительным дзета-потенциалом для удаления многочисленных мелких загрязнений, таких как бактерии, вирусы, микоплазмы, эндотоксины, опалесцирующие частицы и т.д. Для придания мембранам на основе на основе полиамида 6 положительного заряда можно использовать ряд различных способов, а именно: - применение в качестве мембранного материала полиамида 6 с преимущественным содержанием концевых аминогрупп; - нанесение на мембрану полиэлектролита или полиэлектролитного комплекса; - введение в формовочный раствор соединений, содержащих аминогруппы различной основности. Недостатками первого способа являются низкий уровень величины заряда и весьма ограниченная возможность его регулирования. Снижение производительности микрофильтрационных мембран, происходящее при обработке их поверхности полиэлектролитами или их комплексами, а также недостаточная в ряде случаев адгезия наносимых полимеров к основному материалу мембраны в значительной мере ограничивают 94 возможность использования этого способа получения заряженных микрофильтров. Наиболее технологичным является способ модификации полиамидных мембран путем введения в формовочный раствор соединений, имеющих функциональные группы, придающие мембране положительный заряд. Однако в этом случае необходимо учитывать проблемы совместимости полимеров и стабильности совместных растворов. В этом плане весьма перспективным, как показали предыдущие исследования, является использование производных ХТЗ для получения положительно заряженных микрофильтрационных мембран. Благодаря наличию аминогрупп ХТЗ является катионэлектролитом, одним из немногих, существующих в природе. Основные свойства хитозана связаны с его растворимостью в водно-кислотных средах при рН меньше 6,5. Растворенный ХТЗ имеет положительный заряд, обусловленный наличием -NH3+ -групп, который способствует локализации молекул ХТЗ возле отрицательно заряженных поверхностей [100, 101]. Полученные микрофильтрационные мембраны с ХТЗ обладают высоким положительным зарядом. Поэтому использования полиамидных было важно оценить микрофильтрационных возможность модифицированных мембран, в процессах концентрирования вирусов. В исследованиях применялись: бактериофаг MS-2 и вирус полиомиелита (рис.3.8). Размеры используемых микроорганизмов были на порядок меньше среднего размера пор используемой мембраны. На первом этапе исследований выполненных совместно с ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина изучалась эффективность концентрирования бактериофага MS-2 с использованием различных мембран, в том числе мембраны ММК-020, выпускаемой в ООО НПП «Технофильтр», а также модифицированных мембран ХТЗ. Методика основана на задержании мембранами определенного количества микроорганизма фильтрации через нее суспензии бактериофагов или вирусов. 95 при А Б Рис. 3.8 Микроорганизмы: А - бактериофаг MS-2 (размер 0,02 мкм); Б - вирус полиомиелита (размер 0,01 мкм) Таблица 3.4 Оценка концентрирования бактериофага MS-2 Размер Вид мембраны пор, мкм ПА-6 ПА-6+ 0,5% хитозана ПА-6+ 0,75% хитозана ПА-6+ 1% хитозана ПА-6+ 1,5% хитозана ПА-6+ 3,0 % хитозана Трековая мембрана* Концентрация бактериофага, БОЕ/10л δ, мВ 102 10 103 Сорб- Элю- Сорб- Элю- Сорб- Элю- ция, % ция, % ция, % ция, % ция, % ция, % 0,20 4,4 92,59 88,54 94,20 51,45 96,55 58,99 0,20 9,3 100,0 74,05 99,6 71,43 99,4 85,29 0,20 13,8 100,00 86,98 100,00 82,26 100,00 85,83 0,20 16,8 100,00 85,92 100,00 83,25 100,00 85,86 0,20 17,3 100,00 84,18 100,00 87,23 100,00 75,13 0,30 17,4 100,00 84,31 100,00 84,1 99,61 70,42 0,15 8,90 42,85 12,36 39,01 13,09 27,77 0,15 38,70 19,35 25,80 20,42 41,26 19,01 Трековая мембрана модиф. гемоглобином* 96 *Мембраны получены в НИИ «Кристаллографии» Полученные данные свидетельствуют об эффективности концентрирования бактериофага мембранами, модифицированными ХТЗ. Так, начиная с концентрации ХТЗ в 0,75 %, сорбция составила 100%. Далее были проведены исследования по изучению эффективности модифицированной ХТЗ микропористой полиамидной мембраны (ММПА+) с содержанием ХТЗ 0,75%, при концентрировании бактериофага и вируса полиомиелита из вод различного происхождения. Результаты экспериментальных исследований, проведенные дистиллированной воде, представлены в таблицах 3.5 и 3.6. Таблица 3.5 Оценка эффективности модифицированной ХТЗ полиамидной мембраны в отношении концентрирования фага MS-2 Концентрация фага, БОЕ/10л В исходной воде В фильтрате Сорбция, Элюция В элюате % , % 3000 0 2535,3 100 84,51 1140 0 917 100 80,40 276 0 129 100 82,92 139 0 114 100 82,01 86 0 72 100 83,72 97 на Таблица 3.6 Оценка эффективности модифицированной ХТЗ полиамидной мембраны в отношении концентрирования вируса полиомиелита Концентрация вируса, ТЦД50/мл Сорбция, Элюция, В исходной воде В фильтрате В элюате % % 3,24×103 0 2,47×103 100 76,23 2,25×103 0 2×103 100 88,88 1,75×103 0 1,5×102 100 85,71 1,75×103 0 1,25×102 100 71,42 1,75×103 0 1,5×102 100 85,71 Примечание: ТЦД50 - тканевая цитопатическая доза, вызывающая гибель 50% чувствительных клеток культур тканей. Приведенные мембраны, в как таблицах при данные показали концентрировании 100% фагов, эффективность так и полиовируса. Для фагов эффективность элюции мембран колебалась в пределах 80,40’84,51% и для полиовируса – 71,42÷88,88%. В процессе исследований было установлено, что эффективность мембран практически не зависит от исходной концентрации фага и полиовируса в пределах изученных уровней загрязнения воды. В следующей серии опытов изучалась эффективность концентрирования фагов и вирусов при искусственном заражении речной воды. Для исследований использовалась нативная речная вода, с внесенными в нее фагами MS-2 и вирусами полиомиелита. Результаты исследований представлены в таблицах 3.7 и 3.8. 98 Таблица 3.7 Эффективность модифицированных полиамидных мембран в отношении выделения фага MS-2 из речной воды* Концентрация фага, БОЕ/10 л Сорбция, Элюция, В исходной воде В фильтрате В элюате % % 382 0 344,2 100 90,1 382 0 351,8 100 92,1 382 0 312,14 100 81,7 382 0 285,71 100 79,0 *вода взята из бассейна реки Москва. Таблица 3.8 Эффективность модифицированной полиамидной мембраны в отношении выделения полиовируса из речной воды Концентрация вируса, ТЦД50/мл Сорбция, Элюция, В исходной воде В фильтрате В элюате % % 1,5x101 0 1,25хl01 100 83,3 1,5x101 0 1,25хl01 100 77,5 1,5x101 0 1х101 100 87,5 1,5x101 0 0,75х101 100 78,1 1,5x101 0 1,25xl01 100 83,3 Проведенные исследования фильтрации зараженной речной воды показали, что модифицированные ХТЗ полиамидные мембраны обладают 100% сорбцией в отношении концентрирования фагов и полиовируса. Результаты исследований по изучению эффективности концентрирования вирусов из воды подземных водоисточников представлены в таблицах 3.9 и 3.10. 99 Таблица 3.9 Эффективность модифицированной ХТЗ полиамидной мембраны в отношении концентрирования фагов из подземных водоисточников Концентрация фага, БОЕ/10 л Сорбция, Элюция, В исходной воде В фильтрате В элюате % % 132,5 0 110,49 100 87,6 528 0 486,05 100 92 528 0 439,27 100 84,3 900 1 856,7 99,9 95,2 Таблица 3.10 Эффективность модифицированной ХТЗ полиамидной мембраны в отношении концентрирования полиовируса из подземных водоисточников Концентрация вируса, ТЦД50/мл Сорбция, Элюция, В исходной воде В фильтрате В элюате % % 1,5x102 0 1,25x102 100 83,3 2x103 0 1,55x103 100 77,5 2х10З 0 1,75хl03 100 87,5 3,2х103 0 2,5х103 100 78,1 Данные представленные в таблицах 3.9 и 3.10 показывают, что эффективность выделения вирусов из подземной воды также очень высокая. Исследования, проведенные на относительно чистых водах (водопроводная и вода из подземных водоисточников) показали высокую эффективность модифицированной мембраны в отношении концентрирования вирусов. Однако известно, что основным резервуаром патогенных энтеровирусов и 100 вируса гепатита А в окружающей среде являются хозяйственно-бытовые сточные воды, содержащие вирусы в наибольшей концентрации. В связи с этим представляло научный и практический интерес изучить эффективность модифицированной ХТЗ полиамидной мембраны в отношении концентрирования вирусов из сточных вод. В исследованиях использовалась нативная сточная вода из центра обработки сточных вод (г. Москва), после биологической очистки и фильтрации. Объем фильтруемой воды составлял 1 л, в связи с тем, что исследование объемов более 2 л приводило к быстрому загрязнению мембраны и сильному замедлению процесса фильтрации. Результаты исследований по изучению эффективности выделения фагов и вирусов из сточной воды представлены в таблицах 3.11 и 3.12. Таблица 3.11 Эффективность модифицированной ХТЗ полиамидной мембраны в отношении выделения фагов из сточной воды Концентрация фага, БОЕ/10 л Сорбция, Элюция, В исходной воде В фильтрате В элюате % % 270 0 222,9 100 82,5 270 0 231,4 100 84,7 270 0 214,3 100 81,6 Таблица 3.12 Эффективность модифицированной ХТЗ полиамидной мембраны в отношении выделения полиовируса из сточной воды Концентрация вируса, ТЦД50/мл Сорбция, Элюция, В исходной воде В фильтрате В элюате % % 1,25х102 0 1,0х102 100 80,0 2,25х103 0 2,0х103 100 88,9 2,25х103 0 2,0х103 100 88,9 101 Полученные данные показывают, что сопутствующее естественное органическое загрязнение нативных сточных вод (при фильтрации нормируемых в настоящее время объемов воды) не оказывает влияния на эффективность концентрирования модифицированной ХТЗ полиамидной мембраны. В настоящее время работниками ГУ НИИ Экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН проводятся исследования вод различной степени загрязнения, с использованием модифицированных ХТЗ полиамидных мембран в натурных условиях, а именно реки Москва, Ока и Волга. Таким образом, в результате проведенных исследований показана высокая эффективность концентрирования фагов и вирусов за счет порометрических и электростатических свойств микрофильтрационных положительно заряженных мембран при санитарно-вирусологическом происхождения[97, 129 - 131]. 102 анализе вод различного 3.2 Разработка мембран, обладающих бактериостатическими свойствами Одной из важнейших проблем мембранных технологий является снижение производительности и уменьшение ресурса работы мембранных фильтров вследствие образования на их поверхности различных осадков. При этом бактериальные загрязнения вызывают больше проблем, чем коллоидные или кристаллические. Это связано с тем, что задержанные мембраной микроорганизмы, в благоприятных условиях, продолжая размножаться, через некоторое время образуют колонии, превращающиеся в биопленки, которые способны прорастать сквозь поры мембраны. Вследствие этого бактерии попадают в фильтрат, заражая его, а мембрана теряет свои стерилизующие свойства. Это явление может происходить как в процессе фильтрации (динамическом режиме), так и в статическом состоянии, т.е. когда нет фильтруемого потока, но фильтр находится во влажном состоянии [124]. Явлению прорастания микроорганизмов через мембрану было дано достаточно логичное объяснение, заключающееся в том, что бактериальная клетка при размножении делится на две части и в таком уменьшенном состоянии может проникнуть через мембрану, которая является не проницаемой для нее в исходном виде [125]. Для предотвращения зарастания мембран биологическими веществами пользователи мембранных дезинфицирующие средства, фильтров которые вынуждены вызывают применять деструкцию сильные полимерной мембраны и коррозию оборудования. Альтернативным способом борьбы с биологическими загрязнениями могло бы быть использование в фильтрах бактерицидных мембран, однако сведения о промышленных производствах такой продукции отсутствуют [98]. 103 Бактерицидный агент для модификации должен отвечать следующим требованиям: - обладать высокой бактерицидной активностью по отношению к микроорганизмам; - быть безопасным для людей, работающих с ним. Целью данного раздела работы являлось создание мембран с бактериостатическими свойствами. Известно большое количество полимерных природных и синтетических веществ, проявляющих антибактериальную активность, значительная часть которых относится к аминосодержащим веществам [96 - 103]. Из этих соединений были выбраны наиболее доступные и наиболее безопасные среди них: - γ-аминопропилтриэтоксисилан (АГМ 9) - 1-аминогексаметилен 6-аминометилентриэтоксисилан (АГМ 3) - природный полисахарид – хитозан (ХТЗ); - полигексаметиленгуанидин (ПГМГ). Дополнительным фактором, повлиявшим на выбор, явилась их низкая стоимость. Анализ научно-технической информации в области бактерицидных и бактериостатических материалов показывает, что мембраны, обладающие такими свойствами, могут быть разработаны с использованием различных препаратов серебра, применяемых для подавления роста микроорганизмов [126, 127]. В качестве серебросодержащих биоцидов были выбраны: - препарат наноструктурных частиц серебра марки «Сильвернано» изготовлен в ООО НПК «Наномет» г. Москва; - фосфат серебра (Ag3 PO4), разработанный и изготовленный в фирме «International Plastic Guide» г. Санкт-Петербург; - нитрат серебра (AgNO3), ООО «ДМ Центр» (Россия, г. Екатеринбург). Исследования проводились в соответствии с техническим заданием на разработку мембран для финишной стерилизующей очистки пресной воды 104 открытых водоемов, шахтных колодцев, и скважин от естественных и внесенных бактериальных загрязнений (табл. 3.13) с целью получения воды питьевого качества отвечающей требованиям ОТТ 7.1.206-92 и СанПиН 2.1.4.1074-01 по органолептическим и микробиологическим показателям. Таблица 3.13 Существующие и требуемые в соответствие с техническим заданием показатели мембран для диска диаметром 47 мм Существующие Наименование показателя показатели ММК - 020 Точка проскока пузырька, МПа, не менее Начальная производительность Требуемые показатели 0,38 0,38 8,8 10 >1 1,25 > 100% 100 % сплошной рост менее 10 по водопроводной воде СанПин 2,1,4,1074-01 при давлении (0,1±0,015) МПа, мл/мин·см2, не менее Ресурс работы по водопроводной воде СанПин 2,1,4,1074-01при давлении (0,1±0,015) МПа и температуре 20 ± 2ºС, дм3, не менее Задерживающая способность по культуре «Pseudomonas концентрации 1·106 diminuta» (при КОЕ/дм3) и по бактериофагу MS2 (при концентрации 1·103 БОЕ/дм3), % Пророст тест - культуры Escherichia coli на поверхности мембраны на 14 сутки, КОЕ/см2 105 Исходя из требуемых свойств и приведенных результатов в предыдущих разделах для создания мембран, обладающих бактериостатическими свойствами, были выбраны мембраны ММПА+- 020, обладающие высокими порометрическими и стерилизующими свойствами. Получение мембран осуществлялось методом поверхностной модификации по следующим стадиям: -приготовление модифицирующего раствора; -обработка мембраны модифицирующим раствором; -промежуточная сушка и отмывка; -сушка и намотка мембраны. Для модификации использовались водные растворы модифицирующих веществ. АГМ-3 и АГМ-9 наносили путем кипячения в течение 30 минут. После обработки мембраны полигексаметиленгуанидин гидрохлоридом (ПГМГ) для перевода его в основную форму обрабатывали раствором NaOH. Препараты серебра и ХТЗ наносили на поверхность мембран в виде водного раствора с небольшим содержанием муравьиной кислоты. На рис. 3.9 температуры представлены экспериментальные данные по подбору промежуточной сушки при модификации полиамидных микрофильтрационных мембран 0,5% раствором AgNO3. Промежуточная сушка проводилась в течение 1 мин. обдувом с помощью специального фена до полного высыхания образца мембраны, затем мембрана отмывалась в дистиллированной воде, сушилась и определялась концентрация серебра в обработанной мембране. 106 Рис. 3.9 Зависимость концентрации серебра в модифицированной мембране от температуры промежуточной сушки в течение 1мин. Исходя из представленных результатов (рис. 3.8) видно, что начиная с температуры промежуточной сушки в 35°С концентрация серебра в готовой мембране выходит на максимально возможное значение. Потеря серебра составляет 5 – 10 %. Далее была определена зависимость концентрации серебра в модифицированных мембранах от процентного содержания соли серебра в модифицирующем растворе (рис. 3.10) при температуре промежуточной сушки 40°С. 107 Рис. 3.10 Зависимость концентрации серебра в модифицированных мембранах от процентного содержания соли серебра в модифицирующем растворе Приведенный зависимость имеет (рис. 3.10) прямолинейный характер, что говорит о правильном выборе технологических параметров в процессе модификации мембраны соединениями серебра. Технологические параметры процесса модификации были определены для каждого модификатора, исходя из экспериментальных данных, таких как скорость обработки полотна мембраны, концентрации применяемых веществ в растворе и в конечной продукции. Оценка бактерицидных свойств проводилась в ВНИИЗЖ г. Владимир и в НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н. Сысина г. Москва по методике разработанной ранее и приведенной в разделе «Объекты и методы исследования». Наблюдения проводили в течение 14 суток, развитие, рост и количество микроорганизмов учитывали визуально путем подсчета количества выросших на мембране колоний тест-культуры E coli. Вначале были проведены исследования бактерицидных свойств исходных мембран и мембран модифицированных полигексаметиленгуанидином (табл. 3.14). Этот выбор был сделан потому, что 108 высокая эффективность антимикробных свойств ПГМГ известна достаточно давно и доказана на различных объектах. Таблица 3.14 Оценка бактериостатических свойств модифицированных полиамидных мембранных фильтров ПГМГ № Модифи- Концен- образца цирующий трация, Время наблюдения, сут. 1 3 5 7 10 14 агент % 1 Исход. - спл спл спл спл спл спл 2 ПГМГ 0,1 спл спл спл спл спл спл 3 -//- 0,5 10,0 20,3 спл спл спл спл 4 -//- 1,0 9,0 12,0 спл спл спл спл 5 -//- 3,0 5,0 6,8 19,3 спл спл спл 6 -//- 5,0 1,0 2,0 6,5 6,5 9,4 11,4 7 -//- 10,0 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Рост микроорганизмов КОЕ/см2 Анализ результатов испытаний, приведенных в таблице 3.14, позволяет сделать несколько выводов. Во-первых, на исходной мембране образовался сплошной слой тесткультуры в первый же день, т.е. задача, решаемая в этой работе, действительно является актуальной. Во-вторых, увеличение количества бактерицидного агента при поверхностной обработке приводит к заметному снижению количества колоний. В таблицах 3.15 и 3.16 приведены данные, полученные при использовании практически аналогичных веществ АГМ-3 и АГМ-9. Оба они содержат первичные аминогруппы. Однако результаты в этих случаях разительно отличаются. Так, при использовании для модификации 5 и 10 % АГМ-3 в принципе можно практически говорить о бактериостатическом эффекте, то в случае АГМ-9 антимикробного 109 эффекта не удалось достичь вообще. По-видимому, это явление можно объяснить разницей в их активности при антимикробном действии. Таблица 3.15 Оценка бактериостатических свойств модифицированных полиамидных мембранных фильтров АГМ-3. № образ ца Модифи Способ цирующий модифиагент кации Концент- Время наблюдения, рация, сут % 1 3 5 7 10 14 Рост микроорганизмов КОЕ/см2 1 АГМ-3 Поверх. 1,0 44,5 спл спл спл спл спл 2 -//- Поверх. 3,0 22,2 48,8 66,2 спл спл спл 3 -//- Поверх. 5,0 5,0 12,2 12,2 12,2 12,4 12,4 4 -//- Поверх. 10,0 5,0 5,2 7,3 8,8 9,2 10,8 Таблица 3.16 Оценка бактериостатических свойств модифицированных полиамидных мембранных фильтров АГМ-9 № Модифици Способ Концент- Время наблюдения, образ рующий модифи- рация, сут ца агент кации % 1 3 5 7 10 14 Рост микроорганизмов КОЕ/см2 1 АГМ-9 Поверх. 1,0 спл спл спл спл спл спл 2 -//- Поверх. 3,0 20,0 спл спл спл спл спл 3 -//- Поверх. 5,0 5,0 22,2 22,5 36,8 спл спл 4 -//- Поверх. 10,0 5,0 12,2 18,6 20,8 25,0 27,7 110 На следующем этапе работы проводились испытания полиамидных мембран, подвергшихся модификации ХТЗ, солями и нанопрепаратами серебра. Наиболее значимые результаты представлены в таблице 3.17. Таблица 3.17 Оценка бактериостатических свойств мембранных фильтров модифицированных, ХТЗ, солями и нанопрепаратами серебра № Модифи- Концентр Время наблюдения, обра цирующий ация в сут зца агент водном 1 растворе, 3 5 7 10 14 Рост микроорганизмов КОЕ/см2 % 1 «Сильвернано» 0,06 3,0 6,2 6,5 8,8 10,5 11,5 2 Ag3 PO4 0,1 12,0 33,4 спл спл спл спл 3 AgNO3 0,1 8,8 20,2 36,8 спл спл спл 4 Ag3 PO4 0,5 0,7 4,8 4,8 9,3 10,0 11,0 5 AgNO3 0,5 0,7 2,2 4,7 6,7 9,0 9,1 6 Ag3 PO4 1,0 0,3 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 7 AgNO3 1,0 0,1 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 8 ХТЗ 0,5 10,0 12,8 33,2 спл спл спл 9 ХТЗ 1,0 10,0 15,6 15,6 18,0 20,0 спл 10 ХТЗ 5,0 1,9 4,8 10,2 12,8 13,0 14,7 11 ХТЗ 10,0 1,0 1,0 6,8 11,4 12,6 13,1 Анализ результатов исследований, приведенных в таблице № 3.17, показывает, что: - ни одна из испытанных мембран не обладает бактерицидными свойствами; - мембраны №1, №4, №5, модифицированные наночастицами, фосфатом и нитратом серебра показали результат на границе бактериостатического эффекта; 111 - наилучшие результаты показали образцы под №7 и №8. Рост колоний бактерий прекратился на третьи сутки. Небольшая разница в бактерицидном действии солей серебра связана, повидимому, с их различной растворимостью (растворимость фосфата серебра в воде гораздо ниже). Рентгеноструктурный анализ (рис. 3.11) указал на наличие в составе мембраны металлического серебра, образующегося в результате обработки мембраны водным раствором соли серебра в присутствии муравьиной кислоты. По данным рентгеноструктурного анализа размер наночастиц серебра составил 10-60 нм. 1000 900 6000 Start Ag 800 700 Ag 600 Bio 5000 500 400 300 200 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 4000 3000 2000 1000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Угол, 2 Рис. 3.11 Результаты рентгеноструктурного анализа исходной и модифицированной 0,5% раствором AgNO3 полиамидной мембраны Далее были сделаны электронно-микроскопические снимки модифицированной 0,5 % раствором AgNO3 (рис. 3.12) мембраны, на которых удалось обнаружить предположительно частицы металлического серебра. 112 20 нм Рис. 3.12 Электронно-микроскопические снимки верхней поверхности модифицированной мембраны Небольшая концентрация серебра на поверхности не может придать мембране существенные антибактериальные свойства. Поэтому можно утверждать, что основная масса металлического серебра находится внутри пор мембранной матрицы в виде наночастиц. Этому способствует муравьиная кислота, которая выполняет две функции — восстанавливает серебро и способствует его проникновению в поры за счет набухания обрабатываемой мембраны. Образование металлического серебра происходит по следующей схеме (1): 2AgNO3 + 6HCOOH = 2Ag + N2 + 6CO2 + 6H2O (1) В таблице 3.18 представлены результаты по определению количества серебра в модифицированной мембране раствором AgNO3. Для измерения концентрации серебра использовали растворы, полученные экстракцией элемента из мембранных образцов и растворением сухого остатка, образовавшегося в результате температурной минерализации мембраны. 113 Таблица 3.18 Концентрация серебра в модифицированной мембране раствором AgNO3. % содержание AgNO3 Концентрация серебра в мембране, мкг/см2 в модифицирующем Экстракция из образца Растворение сухого остатка растворе мембраны после минерализации образца мембраны 0,1 3,0 7,8 0,5 14,1 33,4 1,0 24,5 64,2 Данные табл. 3.18 показывают, что примерно 60 % серебра находится внутри мембранной матрицы модифицированной мембраны. Из результатов, представленных в данном разделе можно сделать вывод о том, что бактериостатические свойства модифицированных мембран зависят от технологических параметров процесса модификации, природы и количества используемых модификаторов [132-134]. Исследование изменений порометрических характеристик мембраны в результате их поверхностной модификации В предыдущем разделе было рассмотрено влияние природы и количества модифицирующих агентов на бактериостатические свойства мембран. Однако, исходя только из этих результатов, нельзя выбрать оптимальный вариант проведения процесса модификации, так как любая обработка поверхности мембран может приводить к изменению их порометрических характеристик. 114 В этой связи, были модифицированных проведены исследования этих изменений в мембранах, обнаруживших антимикробные свойства. Результаты этих исследований приведены в таблице 3.19. Таблица 3.19 Влияние природы и количества модифицирующего агента на производительность мембран Т.п., атм Q, мл/мин·см2 - 3,8 14,2 ПГМГ 5,0 4,4 7,8 ПГМГ 10,0 >5,0 4,1 АГМ – 3 5,0 4,2 9,2 АГМ - 3 10,0 >5,0 5,0 «Сильвернано» 0,06 3,8 14,2 Ag3PO4 0,5 4,0 12,6 AgNO3 0,5 3,96 12,4 Ag3PO4 1,0 4,1 12,0 AgNO3 1,0 4,1 12,2 Модификатор Концентрация, % ММПА+ – 0,2 (исходная) Анализ полученных результатов показал, что: - значительное падение производительности наблюдается при модификации ПГМГ и АГМ-3, так при 5% концентрации производительность становится ниже установленной нормы (ТУ 9471-033-104717-23-2011), которое для марки ММК-0,2 составляет 8,0 см³/см²·мин. при 1атм. - при 10 % наблюдается катастрофическое падение производительности, которое оценивается в 57-74%. При этом, в случае использования ПГМГ падение происходит в большей степени по сравнению с другими модификаторами, что может быть связано с его большей молекулярной массой. 115 Однако, при модификации небольшими количествами соединениями серебра характеристики микрофильтрационных полиамидных мембран изменяются не столь значительно (точка пузырька возрастает на 5 – 8%, а производительность снижается на 10 – 12%). Мембраны, полученные поверхностной модификацией растворами солей серебра, с успехом прошли приемочные испытания по всем пунктам технического задания и были рекомендованы для изготовления фильтрующих элементов, обладающих стерилизующими и бактериостатическими свойствами. Приведенные в диссертационной работе исследования были использованы при выполнении комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства в рамках Договора № 13.G25.31.0022 с Минобрнауки России. В ходе выполнения работы на основе научных рекомендаций создана установка поверхностной модификации мембран мощностью 10000 м2/год (рис. 3.13) Рис.3.13 Принципиальная схема установки модификации мембран 1- механизм размотки; 2- мембрана; 3- ванна модификации с отжимным устройством;4- термокамера; 5- тепловентилятор; 6ванна промывки; 7- сушильный барабан;8- направляющий валик; 9дефектоскоп; 10- механизм намотки; 11- вытяжная вентиляция Разработанные мембраны поставлены на производство в ООО НПП «Технофильтр» для изготовления фильтрующих элементов, дисков, фильтрующих устройств используемых фармацевтической промышленности 116 в пищевой, медицинской и и Мембрана с размером пор 0,2 мкм, модифицированная хитозаном, включена в методические указания «Санитарно-вирусологический контроль водных объектов», а также в проект «Методических указаний по выделению вирусов методом микрофильтрации с использованием позитивно заряженных мембран и мембранного фильтрующего модуля при санитарно-вирусологическом исследовании воды»; Фильтрующие устройства на основе разработанных стерилизующих и бактериостатических мембран включены в состав индивидуальных носимых фильтров, входящих в экипировку военнослужащих МО и МВД. 117 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Разработана технология объемной и поверхностной модификации серийно выпускаемых микрофильтрационных мембран на основе полиамида, позволившая придать им, в зависимости от предполагаемого применения, стерилизующие или бактериостатические свойства. 2. Доказано, что ХТЗ играет роль структурирующей добавки, непосредственно влияющей на формирование структуры модифицированных полиамидных мембран. Определена область концентраций ХТЗ (0,5 – 1,0 %), обеспечивающая наибольший структурирующий эффект, подтверждаемый повышением прочностных и порометрических свойств мембран. 3. Установлено, что модифицированные ХТЗ микрофильтрационные полиамидные мембраны обладают значительным положительным зарядом поверхности. 4. Показано, что при использовании мембраны с повышенным положительным зарядом эффективность сорбции бактериофага MS-2 и вируса полиомиелита из воды различного происхождения составляет не менее 99,9 % и не зависит от их исходной концентрации. 5. Разработан способ получения полиамидных микрофильтрационных мембран, обладающих бактериостатическими свойствами путем восстановления серебра в виде наночастиц непосредственно на стадии модификации мембран. 6. На основе научных рекомендаций создана установка поверхностной модификации мембран мощностью 10000 м2/год. Рекомендации. Проведенные исследования обосновывают широкие возможности модификации серийно выпускаемых мембран с целью улучшения их механических или физико-химических свойств. Перспективы дальнейшей разработки тематики связаны с оптимизацией технологии производства модифицированных мембран и дальнейшим поиском наиболее эффективных модифицирующих агентов. 118 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Мулдер, М. Введение в мембранную технологию / М. Мулдер. - Москва: Мир, 1999. – 518 с. 2. Брок, Т. Мембранная фильтрация / Т. Брок. - Москва: Мир, 1987. – 464 с. 3. Свитцов, А.А. Введение в мембранную технологию: учебное пособие / А.А. Свитцов. – Москва: ДеЛи принт, 2007. - 280 с. 4. Дытнерский, Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет / Ю.И. Дытнерский.-Москва: Химия, 1986.- 272 с. 5. Дубяга, В.П. Полимерные мембраны / В.П. Дубяга, Л.П. Перепечкин, Е.Е. Каталевский. - Москва: Химия, 1981. – 232 с. 6. Porter, M.C. Syntetic Membranes: Science, Engineering and Applications / M.C. Porter, P.M. Bungay, H.K. Lonsdale, M.N. Pinho // Reidel Publishing Company. 1986. - Vol.181. – P. 225. 7. Дытнерский, Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация / Ю.И. Дытнерский. Москва: Химия, 1987.-352 с. 8. Брык, М.Т. Ультрафильтрация / М.Т. Брык, Е.А. Цапюк. - Киев: Наук. думка, 1989. – 288 с. 9. Брык, М.Т. Мембранная технология в промышленности / М.Т. Брык, Е.А. Цапюк, А.А. Твѐрдый. - Киев: Техника, 1990. – 248 с. 10. Хванг, С.Т. Мембранные процессы разделения / С.Т. Хванг, К. Каммермейер. – Москва: Химия, 1981. – 464 с. 11. Тимашев, С.Ф. Физико-химия мембранных процессов / С.Ф. Тимашев. Москва: Химия, 1988. – 237 с. 12. Заболоцкий, В.И. Перенос ионов в мембранах / В.И. Заболоцкий, В.В. Никоненко. - Москва: Наука, 1996. - 392 с. 13. Свитцов, А.А. Мембранные технологии в России / А.А Свитцов // The Chemical Journal. – 2010. - №3 – С. 22. 119 14. Полиамидная ультрафильтрационная мембрана / К.В. Беляков // Патент РФ на изобретение № 2010594. - 1994. 15. Способ получения микрофильтрационных мембран / ООО НПП «Технофильтр» // Патент РФ на изобретение № 2161530. - 2001. 16. Состав для получения полимерной гидрофильной микрофильтрационной мембраны и способ получения полимерной гидрофильной микрофильтрационной мембраны / ООО НПП "Технофильтр" // Патент РФ на изобретение № 2446864. – 2011. 17. Способ получения плоской пористой мембраны из полиэфирсульфона / ООО НПП "Экспресс-Эко" // Патент РФ на изобретение № 2440182. - 2011. 18. Сформованные из расплава полисульфоновые полупроницаемые мембраны и способы их получения /Алтин медикал, инк. (US) // Патент РФ на изобретение № 2198725. - 2003. 19. Флеров, Г.Н. Использование ускорительной техники для изготовления ядерных мембран / Г. Н. Флеров, П. Ю. Апель, А. Ю. Дидык, В. И. Кузнецов, Р. Ц. Оганесян // Атомная энергия. - 1989. - №67. – С. 274. 20. Способ получения асимметричной трековой мембраны / Объединенный институт ядерных исследований // Патент РФ на изобретение №2220762. -2003. 21. Орлов, Н.С. Промышленное применение мембранных процессов.: учебное пособие / Н.С. Орлов. – Москва: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. - 143 с. 22. Начинкин, О.И. Полимерные микрофильтры / О.И. Начинкин. - Москва: Химия, 1985. – 216 с. 23. Кестинг, Р.Е. Синтетические полимерные мембраны. / Р.Е. Кестинг. - Москва: Химия, 1991. – 336 с. 24. Bottino, A. The formation of microporous polyvinylidene difluoride membranes by phase separation / A.Bottino, G.Camera-Roda, G.Capannelli and S.Munari // Journal of Membrane Science. – 1991. - №57. - P.1. 120 25. Awanis, N. A simplified method for preparation of hydrophilic PVDF membranes from an amphiphilic graft copolymer / N. Awanis Hashim, F. Liu, K. Li // Journal of Membrane Science. – 2009. - №345. - P.134. 26. Способ получения микрофильтрационных мембран / ЗАО НТЦ "Владипор" // Патент РФ на изобретение № 2152818. - 2000. 27. URL: http://www.chemport.ru 28. URL: u.wikipedia.org 29. URL: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3573.html 30. . Пористая ацетатцеллюлозная мембрана на подложке и способ ее получения / ЗАО НТЦ "Владипор" //Патент РФ на изобретение № 2187360. -2002. 31. Фенько, Л.А. Фазовое состояние системы полисульфон–полиэтиленгликоль– диметилацетамид / Л. А. Фенько, А. В. Бильдюкевич // Высокомолекулярные соединения. – 2013. - №55. - C. 141. 32. Мембрана из полого волокна на основе полисульфона и способ ее производства /Патент РФ на изобретение №2113273 . – 2003. 33. Kim, N. Preparation and characterization of polyethersulfone membranes with ptoluenesulfonic acid and polyvinylpyrrolidone additives / N. Kim, C.-S. Kim, Y.-T. Lee // Desalination. – 2008. - №233. - P.218. 34. Non-cracking hydrophilic polyethersulfone membranes: Osmonics/ Patent US№6465050. – 2002. 35. Состав для получения полимерной гидрофильной микрофильтрационной мембраны и способ получения полимерной гидрофильной микрофильтрационной мембраны/ ООО НПП "Технофильтр" // Патент РФ № 2446864. – 2011. 36. Каталог мембран. / ООО НПП «Технофильтр» – Владимир, 2006. – 16 c. 37. Касперчик, В.П. Модификация ультрафильтрационных мембран из полиакрилонитрила и полисульфона / В.П. Касперчик, А.Л. Яскевич, А.В. Бильдюкевич// Критические технологии. Мембраны. – 2005. - №4 (28). – С. 35 40 121 38. Назаров, В.Г. Поверхностная модификация полимеров: монография/ В.Г. Назаров. - Москва: МГУП, 2008. – 474 с. 39. Braconnot, H. Ann. Pharm., 7, 245, 1883; Ann. Chim. Phys., 52, 290, 1883 40. Коршак, В.В. Синтез полимеров методами модификации/ В.В. Коршак // Успехи химии. - 1980 - т.49. - №12. – С.2286 – 2313. 41. Kukovicic, I. Observation of chemical modification applied to the surface of some polymeric membranes/ I. Kukovicic, R. Soster, C. Stropnik, M. Brumen // EUROMEMBRANE 2000: Conf., Jerusalem. Program and Abstr. Tel Aviv: Target Tours.- 2000. - С. 262. 42. Назаров, В.Г.Пластические Массы/ В.Г. Назаров, В.К. Беляков, В.Н. Манин, А.Н. Громов, Л.А. Евлампиева. – Москва, 1984. – 64 с. 43. Марихин, В.А. Надмолекулярная структура полимеров / В.А. Марихин, Л.П. Мясникова. – Ленинград: Химия, 1977. - 240 с. 44. Сирота, А.Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов / А.Г. Сирота. – Ленинград: Химия, 1974.- 175 с. 45. Кестельман, В.Н. Физические методы модификации полимерных материалов / В.Н. Кестельман. – Москва: Химия, 1980. - 224 с. 46. Fisher E.W. Annealing and melting behaviour of poly(1-butene), modification I / E.W. Fisher, Z. Kolloid // Polymer. – 1969. - v.3. - Р.458 – 470. 47. Pope, D.P. J. Polym. Sol., Phys. Ed./ D.P. Pope. - 2001. - V.14. - №5. - Р.82. 48. Райзер, Ю. П. Физика газового разряда / Ю.П. Рейзер. - Москва: Наука, 1992. 536 с. 49. Mingyuan, G. Surface modification of cellulose acetate ultrafiltration membrane by oxygen low temperature plasma / G. Mingyuan; F. Ziyuan; Y. Niuzhen; Ch. Jierong; T. Wei; J. Li // J. Chemical Abstracts. - 1998. - №4 – Р. 129. 50. Huang Сh. Tailoring surface properties of cellulose acetate membranes by lowpressure plasma processing / Ch. Huang, Ch. Tsai, R. Juang, H. Kao.// J. Appl. Polym. Sci. - 2010. -Vol. 118. Р. 3227–3235. 122 51. Yasuda, H. Plasma Polymerization / Н. Yasuda. - Orlando-Tokyo: Academic Press. Inc., 1985 - 367 р. 52. Мкртычан, В.Р. Разработка методов повышения производительности разделительных мембран/ В.Р.Мкртычан, С. Н. Зубаха // Зап. С.-Петербург. горн. ин-та. - 2004. – 158. - С. 66–68. 53. Wavhal Dattatray, S. Modification of porous poly(ether sulfone) membranes by low-temperature CO2-plasma treatment / S. Wavhal Dattatray, R. Fisher Ellen // J. Polym. Sci. - 2002. – 40. - № 21.- Р. 2473–2488. 54. Fettes, E.M., Chemical Reaction of Polymers / E.M. Fettes // New York: Interscience. - 1964. – Р. 321-365. 55. Апель, П.Ю. Ассиметричные и химически модифицированные трековые мембраны из полиэтилентерефталата / П.Ю. Апель, В.В. Березкин, А.Б. Васильев, Г.С. Жданов, О.В. Раскач, Т.Д. Хохлова, Т.В. Цыганова, Б.В. Мчедлишвили // Критические технологии. Мембраны. - 2006. - №3(31). - С.45-54. 56. Жданов, Г.С. Основные подходы к модифицированию трековых мембран из полиэтилентерефталата / Г.С. Жданов, Н.К. Китаева, Е.А. Баннова, Л.В. Миняйло // Критические технологии. Мембраны. - 2004. - №2(22). - С. 3-8. 57. Smitha, B. Chitosan-sodium alginate polyion complexes as fuel cellmembranes / B. Smitha, S. Sridhar, A. A. Khan // Eur. Polym. J. - 2005. -41. - № 8. – Р. 1859–1866. 58. Паншин, Ю.А. Фторопласты/ Ю.А. Паншин, С.Г. Малкевич, Ц.С. Дунаевская Ленинград: Химия, 1978 - 232 с. 59. Абдель-Бари, Е.М.Полимерные пленки. Е.М. Абдель-Бари, Г.Е. Заикова – Санкт-Петербург: Профессия, 2006. – 352 с. 60. Харитонов, А.П. Прямое фторирование полимерных изделий : от теории к практике/ А.П. Харитонов, Б.А. Логинов // Российский химический журнал. – 2008 - т. LII. - № 3. – С. 106-111. 61. Al Sagheer Fakhreia, A. Investigation of radiation-grafted and radiation-modified N-vinyl-2-pyrrolidone onto polypropylene film / A. Al Sagheer Fakhreia, M. El-Sawy Naeem // J. Appl. Polym. Sci. - 2000. – 76. - № 3 - Р. 282–289. 123 62. Gwenael, Ch. Modification of ion-exchange membrane used for separation of protons and metallic cations and characterization of the membrane by current-voltage curves / Ch. Gwenael, D. Belanger // J. Colloid and Interface Sci. - 2005. – 281. - № 1 Р. 179–187. 63. Шаглаев, Н.С. Протонопроводящие мембраны на основе модифицированного поливинилхлорида/ Н.С. Шаглаев, Р.Г. Султангареев, Е.А. Орхокова, Г.Ф. Прозорова // Критические технологии. Мембраны. - 2011. - №3. - С. 213 – 219. 64. Кочнев, А.М. Модификация структуры и свойств полимеров / А.М. Кочнев, С.С. Галибеев // Химия и химическая технология. -2003. - Т.46(4). - С.3- 10. 65. Hydrophilic hollow fiber ultrafiltration membranes that include a hydrophobic polymer and a method of making these membranes / J. Jiang, D. Candeloro, M. Mahesh. // Patent USA 6596167 МПК 7 B 01 D 71/06. 66. Лопаткова, Г.Ю. Влияние химической модификации ионообменной мембраны МА-40 на ее электрохимические характеристики / Г.Ю. Лопаткова, Е.И. Володина, Н.Д. Письменская, Ю.А. Федотов, Д. Кот, В.В. Никоненко // Электрохимия. - 2006. -Т. 42. - № 8.- С. 942-949. 67. Milovic, J.S. Pol.-Plast. Technoland Eng./ J.S. Milovic , A. Kuntsky. – 1977. – 9. – 139 р. 68. Minigawa, M. Polym. Sci./ M. Minigawa, T. Saito, Y. Fujkira, T. Watanabe, H. Jwabrclu, F. Yoshii, T. Sasaki. – 1997. - V.63. - №12. - P. 1625. 69. Тульский, М.Н. Модификация полимерных газоразделительных материалов как путь совершенствования мембранной технологии/ М.Н. Тульский, А.А. Котенко, Д.М. Амирханов // Критические технологии. Мембраны. -2000. -№7. - С. 29 – 42. 70. Тимакова, К.А. Модификация полимерных пленок, покрытий и мембран / К.А. Тимакова, А.В. Тарасов, Ю.А. Федотов, С.А. Лепешин, Ю.Т. Панов // Мембраны и мембранные технологии.- 2012. - Т. 2. - №2. - С. 74-84. 71. Яворская, Е.С. Современные направления в мембранной нанофильтрации биофармпреператов/ Е.С. Яворская // Мембраны. - 2006. - №4. – С. 40 - 47 124 72. Fedotov, Yu.A. Polymer membranes in medicine and pharmaceutics / Yu.A. Fedotov, K.A. Timakova, A.V. Tarasov, S.A. Lepeshin, Ye.S. Yavorskaya // The Eurasian Chemico-Technological Journal.-2012.- Vol. 14.- №2.- P.P. 147-154. 73. Blosse, P. Diminutive bacteria; Implications for sterile filtration / P. Blosse; E. Boulter; S. Sandaram // Pharmaceutical Technology Europe Conference. - 1998. - v.16. - N12.- Р. 38-40. 74. Maik, W. Grow-Through and Penetration of the 0.2/0.22 ―Sterilizing‖ Membranes / W. Maik, H. Teodore // Pharmaceutical Technology.- 2006. - Mar 2. 75. URL: www.millipore.com 76. Бон, А.И. Мембраны «Владипор» для тонкой очистки, стерилизующего фильтрования и контроля стерильности растворов / А.И. Бон, В.П. Дубяга // Медицинский бизнес. 2003. № 2. С. 28-28 77. Недачин, А.Е. Оценка эффективности работы установок на основе мембранного модуля МФМ-0142 при санитарно-вирусологическом контроле воды/ А.Е. Недачин, Р.А. Дмитриева, А.В. Тарасов, Ю.А. Федотов, С.А. Лепешин, Т.В. Доскина // Гигиена и санитария. - 2009. - № 5. - С. 92-95. 78. МУК 4.2.2029-05. Санитарно- вирусологический контроль водных объектов. Москва. - 2006. 79. ICR Microbial Laboratory Manua l / Sh. Fout, F.W. Schaefer, J.W. Messer, D.R. Dahling, R.E. Stetler. - 1996. 80. Normalisation Francaise XP T 90-451. Essais des eaux. Recherche des Enterovirus. - 1996. 81. Тарасов, А.В. Микрофильтрационные полиамидные мембраны для процессов санитарно-вирусологического контроля воды / А.В. Тарасов, Ю.А. Федотов, С.А. Лепешин, Ю.Т. Панов, К.В. Окулов, А.И. Вдовина // Бутлеровские сообщения. 2010. - Т.23. - №15. - С. 44-51. 82. Тарасов, А.В. Применение мембран с положительным зарядом для санитарновирусологического контроля воды/ А.В. Тарасов, Ю.А. Федотов, С.А. Лепешин, 125 Ю.Т. Панов, К.В. Окулов, А.И. Вдовина // Известия самарского научного центра Российской академии наук. - 2012. - Т.14. - №1(9). - С. 2372-2376. 83. Berman D., Rohr M., Safferman R.S. // Appl. Environ. Microbiol. 1980. V. 40. P. 426-428. 84. Belfort, G. Appl. Environ Microbiol. Progr. / G. Belfort, Y. Rotem-Borenstain, E. Katznelson // Water Technol. - 1978. - № 10. - P. 357-364. 85. Недачин, А.Е.Оценка эффективности ультрафильтрационных отечественных мембран в отношении концентрирования вирусов при их индикации в воде / А.Е. Недачин, Р.А. Дмитриева, Т.В. Доскина // Тез. докл. 4-й Междунар. конгр. «Вода: эколог. и технол.». - Москва, 2000. - C. 838. 86. Тарасов, А.В. использованием Модификация наноматериалов с микрофильтрационных целью повышения их мембран с сорбционных способностей и для придания бактериостатических свойств / А.В. Тарасов, Ю.А. Федотов, С.А. Лепешин, Ю.Т. Панов, Е.С. Яворская // Перспективные материал. – 2011. - № 11. - С. 486 - 492. 87. Тарасов, А.В. Применение модифицированной полиамидной мембраны и фильтрующих элементов на ее основе для вирусологического контроля воды и стерилизующей фильтрации / А.В. Тарасов, Ю.А. Федотов, С.А. Тарасова, Ю.А. Рахманин, А.Е. Недачин // Фармацевтические технологии и упаковка. – 2006. №3. - С.50–55. 88.URL: www.pall.com 89. Joffee, P.J Patent US./ P.J. Joffee I.B., T.C. Gsell Pat. - № 4702840. - 1987. 90. Козлов, М.П. Патент РФ / М.П. Козлов, В.П. Дубяга, И.В. Митрофанова, О.В. Атаева. - № 2084273. -1994. 91. Tang B., Xu T., Yang W. // J. Membr. Sci. 2006. V. 268. № 2. P. 123-131. 92. Bolton G., Orlando S., Kuriyel R. // Recents progr. genie procedes. 2000. V. 74. № 14. P. 51-58. 93. Goyal S.M., Gerba C.P. // Environm. Microbiology. 1980.V. 39. P. 85-91. 94.URL: www.cuno.com 126 95. Hou K., Gerba C.P., Goyal S.M., Zerba K.S. // Appl. Environm. Microbiology. 1980.V. 40. P. 892-896. 96. Stumpe M., Werner U. // Filtrieren und separieren. 1992. V. 6. № 2. P. 76-88. 97. Тимакова, К.А. Модифицированные микрофильтрационные полиамидные мембраны с улучшенной сорбционной способностью / К.А. Тимакова, Ю.А. Федотов, С.А. Лепешин, А.Е. Недачин, О.В. Прунтова, Е.С. Яворская// Перспективные материалы. - 2013. - №9. - С. 37-42. 98. Коновалов, В.В. Исследование антимикробных свойств мембран, модифицированных хитозаном / В.В. Коновалов, А.А. Побегай, А.Ф. Бурбан, М.Т. Брык // Мембраны. Критические технологии. – 2006. - Т 32 - №4. - С. 56 – 61. 99. Swaminathan, P. Surface modification of ion exchange membrane using amines / P.Swaminathan, P.F. Disley, H.E. Assender // J. Membr. Sci. - 2004. - № 1–2. - Р. 131– 137. 100. Скрябин, К.Г. Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение / К.Г. Скрябин, Г.А. Вихоревая, В.П. Варламов. - Москва: Наука, 2002. - 368 с. 101. Гальбрайх Л.С. Хитин и хитозан: строение, свойства, применение / Л.С. Гальбрайх // Соровский образовательный журнал. - 2001. - Т. 7. - № 1. - С. 51-56. 102. Воинцева, И.И. Полигуанидины – дезинфекционные средства и полифункциональные добавки в композиционные материалы / И.И. Воинцева, П.А. Гембицкий. - Москва: ЛКМ-пресс, 2009. - 304 с. 103. Тарасов, А.В. Исследование бактерицидных свойств модифицированных полиамидных мембран / А.В. Тарасов, С.А. Леnешин, Ю.А. Федотов, О.В. Прунтова, А.И. Федотова, В.А. Тверской, Ю.Т Панов //Мембраны и мембранные технологии. - 2013. - Т.3. - №1. - С. 69-74. 104. Микробиоцидная разделяющая система МПК 7 / Германия // Заявка №10110885. - 2002. 105. Papineau, A.M. Antimicrobial effect of water-soluble chitosans with high hydrostatic pressure / A.M. Papineau, D.G. Hoover, D. Knorr, D.F. Farkas // Food Biotechnol. – 1991. -5. – P. 45–57. 127 106. Intrinsically bacteriostatic membranes and systems for water purification / O. Kutowy, C. Strlez // Pat. US. - № 6652751. - 2000. 107. Кульский, Л.А. Серебряная вода / Л.А. Кульский // Изд. 7-е. -Киев: Наукова Думка, 1977. – 165 с.. 108. Sondi, I.Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E. coli as a model for Gram-negative bacteria / I. Sondi, B. Salopek-Sondi // Journal of Colloid and Interface Science. - 2004. -V.275. - P. 177–182. 109. Тарасов, А.В. Модификация микрофильтрационных полиамидных мембран с использованием наноматериалов с целью повышения их сорбционных способностей и для придания бактериостатических свойств / А.В. Тарасов, Ю.А. Федотов, С.А. Лепешин, К.В. Окулов, Е.С. Яворская // Тез. докл. III Международной конференции «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества».- Суздаль, 2010г.- С.48. 110. Li, Q.Synthesis of silver nanoparticles using medicinal Zizyphus xylopyrus bark extract / Q. Li, S. Mahendra, D.Y. Lyon// Water Research. - 2008. -V. 42. - № 18. - P. 4591-4602. 111. Zodrow K., Synthesis and Characterization of Polysulfone Hydrogels/ K. Zodrow, L. Brunet, S. Mahendra, D. Li, A. Zhang // J. Water Research. - 2009. - V. 43. - P. 715– 723. 112. Финогенов, Д.В. Новые гибридные материалы с антибактериальными свойствами / Д.В. Финогенов, С.И. Семенов // Химическая промышленность сегодня. Технология полимеров. - 2006. - № 3. - С. 18-20. 113. Вакулюк, П.В. Полиэтилентерефталатные мембраны с антибактериальными свойствами/ П.В. Вакулюк, Т.В. Мурланова, И.М. Фуртат, В.В. Нижник, А.Ф. Бурбан // Тез. докл. «Мембраны 2010». – Москва, 2010. - С. 137-138. 114. URL: http//www.technofilter.ru 115. Крыжановский, В.К. Технические свойства полимерных материалов: Учебносправочное пособие/ В.К. Крыжановский. – Санкт-Петербург: Профессия, 2005. – 248 с. 128 116. URL: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2717.html 117. URL: http://uhs-rti.ru/pena/196-produkt-agm-3-1-aminogeksametilen.html 118. URL: http://www.abika-m.ru/opisanie.php?g=agm_9 119. URL: http://www.searchgold.ru 120. Ефимов, А.И. Свойства неорганических соединений. Справочник / А.И. Ефимов. - Ленинград: Химия, 1983. – 392 с. 121. ГОСТ Р 50110-92 Мембраны полимерные. Метод определения производительности плоских ультрафильтрационных мембран - М.:Госстандарт России, 1993. - 5 с. 122. ГОСТ Р 50111-92 Мембраны полимерные. Метод определения прочностных свойств плоских мембран. - М.:Госстандарт России, 1992. - 6 с. 123. Рашидова, С.Ш. Исследование структурных особенностей в полимерных системах на основе хитозана / С.Ш. Рашидова, Н.Л. Воропаева, Г.В. Никонович // Материалы 8 международной конференции "Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана". - Казань, 2006. - С. 122-124. 124. Wallhäusser, K.H. Grow-Through and Blow-Through Effects in Long – Term Sterilization Processes / K.H. Wallhäusser // Die Pharmazeutische Industrie.-1983. №45(5).- P. 527 – 531. 125. Simonetti, J.A. Evalnation of Bacterial Grow – Through / J.A. Simonetti // J. Environ Sci. – 1984. - №27 (6). - P. 27 – 32. 126. Егорова, Е.М. Бактерицидные и каталитические свойства стабильных металлических наночастиц в обратных мицеллах / Е.М. Егорова, А.А. Ревина, Т.Н. Ростовщикова, О.И. Киселева // Вестник МГУ Сер.2. Химия. - 2001. - Т. 42. №5. - С. 332 – 338. 127. Егорова, Е.М. Наночастицы металлов в растворах: Биохимический синтез и применение/ Е.М. Егорова // Нанотехнология. 2004, №1, с. 15-26. 128. Панов, Ю.Т. Полиамидные микрофильтрационные мембраны с улучшенными порометрическими и прочностными свойствами/ Ю.Т. Панов, А.В. 129 Тарасов, С.А. Лепешин, Е.В. Ермолаева // Современные наукоемкие технологии. 2015.- № 12-2.-С. 258-262. 129. Тарасов, А.В. Микрофильтрационные полиамидные мембраны для процессов стерилизации и концентрирования вирусов / А.В. Тарасов, Ю.А. Федотов, С.А. Лепешин, Ю.Т. Панов, А.И. Вдовина // Тез. докл. XIV Международной научнотехнической конференции «Наукоемкие химические технологии-2012».- Тула, 2012.- С. 512. 130.Вдовина, А.И. Применение мембран при санитарно - микробиологическом анализе питьевой воды / А.И. Вдовина, С.А. Лепешин, Ю.Т. Панов, Ю.А. Федотов, А.В. Тарасов, А.Е. Недачин //Сб. ст. IV международной научнопрактической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования в физиологии, медицине, фармокологии».- СанктПетербург, 2012. -С. 30-32. 131. Тарасов, А.В. Использование мембранных методов при санитарновирусологическом контроле воды / А.В. Тарасов, Ю.А. Рахманин, Ю.А. Федотов, С.А. Лепешин, А.Е. Недачин, Ю.Т. Панов // Тез. докл. Всероссийской научной конференции «Мембраны-2013».- Владимир,2013.-С.273-274 132.Тарасов, А.В. Разработка способа модификации микрофильтрационных полиамидных мембран с целью придания им бактерицидных свойств / А.В. Тарасов, Ю.А. Федотов, С.А. Лепешин, Ю.Т. Панов, В.А. Тверской, А.В. Васютинская //Тез. докл. Международной научно-практической конференции «Наука и образование для устойчивого развития экономики, природы и общества».- Тамбов, 2013.-С.362. 133. Способ получения антибактериальной полимерной мембраны / А.В. Тарасов, Ю.А. Федотов, С.А. Лепешин, Ю.Т. Панов// Патент РФ № 2489199. - 2013г. 134. Способ обработки полимерных полупроницаемых мембран // А.В. Тарасов, Ю.А. Федотов, С.А. Лепешин, А.И. Федотова // Патент РФ № 2516645. - 2014 г. 130 Приложение 1 131 Приложение 2 132
