Проницаемость аммиака через полимерные газоразделительные мембраны

• Автор: Воротынцев, Илья Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 121 с. : ил.

^ Глава 1. Литературный обзор

§ 1.1. Физико-химические методы разделения газовых

смесей

§ 1.2. Механизмы проницаемости газов через

полимерные мембраны

§ 1.3. Мембранные методы разделения

аммиаксодержащих газовых смесей и очистка аммиака

® Глава 2. Экспериментальная часть

§ 2.1. Методика определения величины проницаемости

газов через мембраны

,ц § 2.2. Методика подбора абсорбента для абсорбционной

первапорации
§ 2.3. Определение сорбционных характеристик
мембранных материалов методом обращенной газовой
хроматографии
Ф § 2.4. Используемые полимеры, мембраны и
газы
Глава 3. Механизм проницаемости аммиака
§ 3.1. Результаты измерения проницаемости аммиака и
коэффициенты разделения аммиак - примесь
XI § 3.2. Механизма проницаемости аммиака через
ацетатцеллюлозную мембрану
§ 3.3. Особенности сорбции аммиака ацетатом
целлюлозы

Глава 4. Разделение смесей аммиака и глубокая очистка аммиака

Ф § 4.1. Разделение аммиаксодержащих газовых смесей в
радиальном мембранном модуле
^ § 4.2. Разделения аммиаксодержащих газовых смесей
методом абсорбционной первапорации
§ 4.3. Технологические схемы для разделения газовых
смесей аммиака и его очистки
Выводы
Список литературы

Аммиак является первоосновой для получения почти всех продуктов связанного азота. Проблема фиксации атмосферного азота является жизненно важной задачей для человечества. В виде различных химических соединений азот широко применяется в промышленности, сельском хозяйстве и в военном деле. Мировое производство аммиака составляет ежегодно сотни тонн [1-3].
Интерес к аммиаку в настоящее время обусловлен двумя причинами. Во-первых, традиционно аммиак применяют в технологиях получения различных реактивов для нужд народного хозяйства, что составляет основную долю его использования. Во-вторых, аммиак является одним из реагентов в процессе получения нитридов элементов - перспективных материалов электронной техники [4].
По своим свойствам аммиак относится к летучим неорганическим гидридам, которые являются взрыво-, пожароопасными и токсичными веществами [5]. Потребление высокочистого аммиака электронной промышленностью возрастает с каждым годом. Это связано с расширением объемов производства фото- и светодиодов на основе нитридов элементов III группы, СаЫ-лазеров и полевых транзисторов с высокой подвижностью носителей в канале (НЕМТ) [6, 7]. Для обеспечения высоких
функциональных характеристик вышеназванных материалов и приборов на их основе [9], аммиак должен обладать высокой степенью чистоты (99,9999 % и выше) [9, 10].
Применяемые в настоящее время двухфазные методы выделения аммиака из газовых смесей и его очистки энергоемки, потенциально опасны и имеют физико-химические ограничения при получении высокочистого аммиака. Одним из основных методов очистки аммиака является

В экспериментах была использована насадочная колонка из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, набитая частичками исследуемого полимера размером 0,2 - 0,5 мм стали размером 1 м х 3 мм. Масса адсорбента составляла 3,031±0,0021 г. При использовании обычных насадочных колонок вполне удовлетворительным следует считать размер пробы порядка 0,01 - 0,1 мкл, причем в ряде случаев может быть использована и большая величина пробы [115]. Объем пробы в опытах составлял 3 мл, что соответствовало 124,7 мкмоль.
Сорбция исследовалась в интервале температур 303 — 333 К, с шагом в 10 К. Среднестатистическое отклонение значения времени удерживания аммиака в пяти параллельных опытах не превышало 15,7 %, а для азота и водорода в пятнадцати параллельных опытах - не превышало 1,6 % и 3,2%, соответственно.
Запись хроматограммы, представляющую временную зависимость величины сигнала детектора, велась с частотой 24 измерения в секунду при помощи компьютерной программы «Цвет-Аналитик» (версия 1.03). Каждая хроматограмма нормировалась по средней площади пика данного компонента. Массив экспериментальных данных, который включал в себя более 250000 точек для одной хроматограммы, продолжительностью более 3-х часов, был получен по нисходящей ветви хроматограммы, отвечающей процессу десорбции и характеризующей обратимость процесса. Затем он разбивался на 50 - 100 интервалов, как показано на рисунке 2.4 и, с помощью специально разработанной компьютерной программы для каждого интервала было рассчитано равновесное давление пара сорбата р1 и его равновесная концентрация в полимере а,- (на 1 г полимера) [115, 118]:
—п.
(2.13)
(2.14)