Визначення закономірностей зміни пористості напівпроникних мембран після розділення молочної сировини

Григорій Дейниченко; Дмитро Дмитревський; Віталій Червоний; Дмитро Горєлков

doi:10.31866/2616-7468.7.1.2024.305961

Автор(и)

Григорій Дейниченко Державний біотехнологічний університет, Україна http://orcid.org/0000-0003-3615-8339
Дмитро Дмитревський Державний біотехнологічний університет, Україна http://orcid.org/0000-0003-1330-7514
Віталій Червоний Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна, Україна http://orcid.org/0000-0002-9085-2260
Дмитро Горєлков Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна, Україна http://orcid.org/0000-0002-9315-9322

DOI:

https://doi.org/10.31866/2616-7468.7.1.2024.305961

Ключові слова:

напівпроникна мембрана, процес ультрафільтрації, молочна сировина, фізичні характеристики, структурні властивості, розмір пор

Анотація

Актуальність. У статті наведено методику розрахунку структурно-фізичних характеристик напівпроникних мембран після їх застосування в технологічному процесі. При експлуатації мембран відбувається зниження проникності внаслідок закупорки їх пор колоїдними речовинами. Внаслідок цього виникає необхідність отримання даних щодо розподілу пoр на поверхні досліджуваної ультрафільтраційної мембрани.

Метою статті є визначення закономірностей зміни пористості напівпроникної мембрани, яка була використана в технологічному процесі розділення молочної сировини. Це дасть можливість прогнозувати гідродинамічні властивості ультрафільтраційної мембрани.

Методи дослідження. Запропоновано тензометричний (статистичний) метод та визначені структурно-фізичні характеристики напівпроникних мембран у процесі мембранної фільтрації знежиреної молочної сировини. Показана можливість побудови математичних залежностей і методик визначення фізичних властивостей та структурного аналізу напівпроникної мембрани. Ця методика дозволяє визначити поверхню не тільки напівпроникної мембрани, а й поляризаційного шару високомолекулярних речовин.

Результати дослідження. За результатами досліджень побудовані залежності фізичних властивостей та структурної складової напівпроникної мембрани після обробки молочної сировини. Результати проведених досліджень показують, що після ультрафільтрації знежиреної молочної сировини розміри пор зазнають істотних змін.

Висновки та обговорення. Встановлено збільшення кількості пор із діаметром менше 10 нм. Спектр радіусів мікрокапілярів зміщується у бік зменшення, що відбувається внаслідок осадження частинок дисперсної фази в мікрокапілярах. Реалізація результатів дослідження можлива у промислових умовах для визначення структурно-фізичних характеристик різного типу мембран під час концентрування рідин різного походження з розробки нових модифікацій фільтрувальних елементів. Умовами до промислового використання одержаних результатів є вирішення питань співвідношення лабораторних досліджень структурно-фізичних характеристик із виробничими результатами.

Біографії авторів

Григорій Дейниченко, Державний біотехнологічний університет

Доктор технічних наук

Дмитро Дмитревський, Державний біотехнологічний університет

Кандидат технічних наук

Віталій Червоний, Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна

Кандидат технічних наук

Дмитро Горєлков, Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна

Кандидат технічних наук

Посилання

Brião, V., & Tavares, C. R. G. (2012). Pore blocking mechanism for the recovery of milk solids from dairy wastewater by ultrafiltration. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 29(22), 393–407. https://doi.org/10.1590/S0104-66322012000200019/ [in English].

Bubela, H. S., Konovalova, V. V., Kolesnyk, I. S., & Burban, A. F. (2022) Modyfikuvannia poverkhni polivinilidenfluorydnykh membran polietyleniminom [Modification of the surface of polyvinylidene fluoride membranes with polyethyleneimine]. Chemistry, Physics and Technology of Surface, 13(1), 94–104. https://doi.org/10.15407/hftp13.01.094 [in Ukrainian].

Conway, V., Gauthier, S. F., & Pouliot, Y. (2014). Buttermilk: Much more than a source of milk phospholipids. Animal Frontiers, 4(2), 44–51. https://doi.org/10.2527/af.2014-0014 [in English].

Deinychenko, G., Huzenko, V., Dmytrevskyi, D., Zolotukhina, I., Chervonyi, V., & Horielkov, D. (2022). A new method of elimination the polarizing layer during the membrane processing of buttermilk. Acta Periodica Technologica, 53, 1–10. https://doi.org/10.2298/APT2253001D [in English].

Deinychenko, G., Mazniak, Z., Kramarenko, D., & Guzenko, V. (2015). Determination of ultrafiltration membranes shrinkage factor. Ukrainian Food Journal, 4(2), 328–334 [in English].

Deynіchenko, G., Guzenko, V., Udovenko, Omelchenko O., & Melnik, O. (2016). Studying a new anti-polarization method in the process of ultrafiltration of skimmed milk. Eastern-European Journal of Enterprise Terchnologies, 6(11), 4–8. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.86440 [in English].

Drioli, E., Ali, A., & Macedonio, F. (2017). Membrane operations for process intensification in desalination. Applied Sciences, 7(1), 70–100. https://doi.org/10.3390/app7010100 [in English].

Gomaa, H. G., & Rao, S. (2011). Analysis of flux enhancement at oscillating flat surface membranes. Journal of Membrane Science, 374(1–2), 59–66. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2011.03.011 [in English].

Ismail, N., Lau, W. J., Ismail, A. F., & Goh, P. S. (2013). Preparation and characterization of polysulfone/polyphenylsulfone/titanium dioxide composite ultrafiltration membranes for palm oil mill effluent treatment. Jurnal Teknologi, 65(4), 89–94. https://doi.org/10.11113/jt.v65.2336 [in English].

Konovalova, V., Kolesnyk, I., Burban, A., Kujawski, W., Knozowska, K., & Kujawa, J. (2019). Improvement of separation and transport performance of ultrafiltration membranes by magnetically active nanolayer. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 569, 67–77. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.02.061 [in English].

Konrad, G., Kleinschmidt, T., & Lorenz, C. (2013). Ultrafiltration of whey buttermilk to obtain a phospholipid concentrate. International Dairy Journal, 30(1), 39–44. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2012.11.007 [in English].

Lai, S. O., Chong, K. C., Lee, K. M., Lau, W. J., & Ooi, B. S. (2015). Characteristic and performance of polyvinylidene fluoride membranes blended with lithium chloride in direct contact membrane distillation. Jurnal Teknologi, 69(9), 93–97. https://doi.org/10.11113/jt.v69.3404 [in English].

Lau, W. J., Ismail, A. F., Matsuura, T., Nazri, N. A., & Yuliwati, E. (2015). Advanced materials in ultrafiltration and nanofiltration membranes. In A. K. Pabby, S. S. H. Rizvi, & A. M. Sastre (Ed.), Handbook of Membrane Separations: Chemical, Pharmaceutical, Food, and Biotechnological Applications (2nd ed., pp. 7–34). CRC Press [in English].

Pashchenko, B. S., Lytvynenko, O. A., & Shtefan, Ye. V. (2016). Perspektyvni materialy dlia filtratsiinykh membran kharchovoi promyslovosti [The promising materials for the filtration membranes of the food industry]. Food Industry, 20, 123–129 [in Ukrainian].

Penaranda-Lopez, A. L., Brito-de la Fuente, E., & Torrestiana-Sanchez, B. (2020). Fractionation of hydrolysates from concentrated lecithin free egg yolk protein dispersions by ultrafiltration. Food and Bioproducts Processing, 123, 209–216. https://doi.org/10.1016/j.fbp.2020.07.001 [in English].

Puri, R., Singh, U., & O’Mahony, J. A. (2020). Influence of processing temperature on membrane performance and characteristics of process streams generated during ultrafiltration of skim milk. Foods, 9(11), Article 1721. https://doi.org/10.3390/foods9111721 [in English].

Shtefan, E., Pashchenko, B., Blagenko, S., & Yastreba, S. (2019). Constitutive equation for numerical simulation of elastic-viscous-plastic disperse materials deformation process. In V. Ivanov, Y. Rong, J. Trojanowska, J. Venus, O. Liaposhchenko, J. Zajac, I. Pavlenko, M. Edl, & D. Perakovic (Eds.), Advances in Design, Simulation and Manufacturing [Conference proceedings] (pp. 356–363). Springer [in English].

Templ, M., & Templ, B. (2020). Analysis of chemical compounds in beverages – Guidance for establishing a compositional analysis. Food Chemistry, 325, Article 126755. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.126755 [in English].

Wei, Q., Wu, C., Zhang, J., Cui, Z., Jiang, T., & Li, J. (2021). Fabrication of surface microstructure for the ultrafiltration membrane-based on “active-passive” synergistic antifouling and its antifouling mechanism of protein. Reactive and Functional Polymers, 169, Article 105068. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2021.105068 [in English].

Zmievskii, Y., Dziazko, Y., Myronchuk, V., Rozhdestvenska, L., Vilenskii, A., & Kornienko, L. (2016). Fouling of polymer and organic-inorganic membranes during filtration of corn distillery. Ukrainian Food Journal, 5(4), 739–747. https://doi.org/10.24263/2304-974X-2016-5-4-13 [in English].