Идентификация пор ультрафильтрационных мембран на основе электронно-микроскопических исследований

Аннотация

В работе проанализированы методы, способы, приемы и прикладные программы для идентификации пор в полимерных мембранах. На основе сравнения достоинств и недостатков методов предложен подход к разработке программной реализации исследования пор полимерных полупроницаемых мембран. Объектами исследования служили ультрафильтрационные мембраны вида УАМ-50, УАМ-100, УПМ-К, УПМ-100, выбор которых обеспечен высокой задерживающей способностью, хорошей производительностью и наибольшей применяемостью в промышленной практике. Приведена методика по расчету коэффициента засоренности мембран, которая позволяет определить срок эффективной работы ультрафильтрационных мембран, элементов и установок при баромембранном и электробаромембранном разделении, концентрировании и очистке промышленных растворов и стоков. Выделенные участки ультрафильтрационных мембран УАМ-50, УАМ-100, УПМ-К, УПМ-100 площадью 1000000 нм² обрабатывались при помощи Matlab 2017 таким образом, что были получены основные параметры, такие как средний диаметр засоренности (диаметры пор и коэффициент засоренности мембран). При обработке больших массивов данных по средним диаметрам пор и коэффициенту засоренности мембран использовался ПК, который позволил снизить и рассчитать погрешность выполненных измерений при помощи стандартных методов математической статистики. Расчет коэффициента засоренности мембран производили при помощи программы, изучающей описание основных функций imaging processing toolbox. Разработанный метод существенно сокращает время эксперимента и позволяет автоматизировано рассчитывать количество объектов, среднюю площадь, диаметр пор на сорбционной поверхности. Метод, сочетающий электронно-микроскопические исследования, обработку изображений Otsu's method, программную реализацию в Matlab 2017, дают возможность получить достоверные и воспроизводимые данные по морфологии поверхности ультрафильтрационных мембран УАМ-50, УАМ-100, УПМ-К, УПМ-100, опирающихся на статистическую обработку большой выборки данных, полученных в результате электронно-микроскопических исследований. Анализ экспериментальных данных, полученных автоматизированным методом, показал, что средняя площадь объекта наименьшая для мембраны УПМ-К и наибольшая для мембраны УАМ-50, а средний диаметр пор поверхности исследуемых мембран находится в интервале от 51 до 60 нм, что сопоставимо с литературными данными, полученных другими методами. При этом коэффициент засоренности выше для мембраны УПМ-К и ниже для мембраны УПМ-100.