Транспортные характеристики и физико-химические свойства мембран на основе полимерных материалов, модифицированных углеродными наночастицами

• Автор: Пенькова, Анастасия Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 114 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. КОМПОЗИТНЫЕ МЕМБРАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ,

ВКЛЮЧАЮЩИЕ УГЛЕРОДНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ, И ОСОБЕННОСТИ ПЕРВАПОРАЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ

1.1. Нанокомпозитные материалы

1.2. Нанокомпозиты с полимерной матрицей

1.2.1. Получение композитов полимеруглеродные нанотрубки

1.2.2. Получение композитов полимерфуллерен СбО

1.3. Нанокомпозиты как мембранный материал

1.3.1. Первапорация

1.3.2. Нанокомпозитные мембраны для псрвапорации
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Материалы
2.2. Получение композитов
2.2.1. Получение композитов полифениленизофталамидуглеродпые наночастицы
2.2.2. Получение композитов поли2,6диметил1.4фениленоксид фуллерен СбО
2.3. Приготовление мембран
2.3.1. Однослойные мембраны
2.3.2. Композитные мембраны
2.4. Методы исследования мембран
2.5. Методы анализа
2.6. Исследование транспортных и физикохимических свойств мембран
2.6.1. Первапорация
2.6.2. Рефрактометрический анализ
2.6.3. Газохроматографический анализ
2.6.4. Определение свободного объема и коэффициента молекулярной упаковки полимерных пленок
2.6.5. Измерение краевых углов смачивания и расчет критического поверхностного натяжения
2.6.6. Исследование равновесного набухания
2.6.7. Расчет параметра взаимодействия полимеррастворитель Флори Хаггинса
2.6.8.0пределение коэффициента диффузии
2.6.9. Расчет параметра растворимости полимера
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Композиты полифениленизофталамидуглеродные наночастицы
3.1.1. Структура и физические свойства композитов полифениленизофталамидфуллерен Сбо
3.1.2. Мембраны на основе композита полифениленизофталамидфуллерен
3.1.2.1. Морфология мембран
3.1.2.2. Транспортные свойства
3.1.3. Мембраны на основе композита 5
полифениленизофталамидуглсродные нанотрубки
3.1.3.1. Структура мембран 5
3.1.3.2. Транспортные свойства
3.2. Композиты полифениленоксидфуллерен СбО
3.2.1. Физические свойства композитов полифениленоксидфуллерен Сбо
3.2.2. Транспортные свойства мембран на основе композита полифениленоксидфуллерен С6о
3.2.3. Первапорация четырехкомпонентной смеси
3.3. О возможностях термодинамического описания и аппроксимации
данных о нервапорации бинарных растворов
3.3.1. Результаты термодинамического описания и аппроксимации данных
3.3.1.1. Результаты аппроксимации для систем этанол вода и ацетон вода
3.3.1.2. Результаты аппроксимации для систем бензол циклогексан, метанол метилтретбутиловый эфир и этанол бутанон
метил этилкетон
ВЫВОДЫ
Список литературы


Следует отметить, что существующие подходы к анализу мембранного транспорта в большинстве имеют теоретическое значение в практике в основном применяются достаточно упрощенные варианты, например, основанные на законе Фика. Таким образом, актуальность работы определяется необходимостью развития физикохимических исследований параметров трансмембранного массопереноса, в том числе, их зависимости от конкретных видов и модификации мембранного материала, от природы разделяемых бинарных и многокомпонентных смесей, а также разработкой новых высокоэффективных первапорационных мембран на основе полимеров, модифицированных углеродными наночастицами. Целью диссертации являлось получение научных представлений о влиянии модификаторов углеродных частиц фуллерен С6о и панотрубки на физикохимические и транспортные свойства мембран на основе полимерных нанокомпозитов, их применение в процессе первапорации, анализ закономерностей разделения бинарных и многокомпонентных смесей с учетом модификации мембранного материала. Разработка способов модификации поли2,6диметил1,4фениленоксида и полифениленизофталамида фуллереном Сбо и нанотрубками в растворах и в отсутствии растворителя твердофазное взаимодействие получение композитов с различным содержанием углеродного наномодификатора и приготовление мембран на их основе. Изучение структурных характеристик и физикохимических свойств композитов. Исследование транспортных свойств и селективности мембран на основе нанокомпозитов полимер углеродные частицы в процессах перванорации бинарных и четырехкомпонентных систем и разработка рекомендаций по оптимизации их структуры. Физикохимический анализ закономерностей трансмембранного массопсреноса при первапорации с учетом влияния модификаторов, исследование возможностей термодинамического описания моделирования процесса. Методы исследования. Для изучения свойств полимерных композитов и мембран на их основе использовали методы спектроскопии комбинационного рассеяния, твердофазного ядерного магнитного резонанса, дифференциальной сканирующей калориметрии, сканирующей электронной микроскопии, хроматографии, рефрактометрии, первапорации, вискозиметрии, метод Вильгельми для измерения краевых углов смачивания, флотационный метод для измерения плотности, сорбционные эксперименты. Установлено влияние наночастиц углерода фуллсрен Сбо и нанотрубки на транспортные свойства первапорационных мембран на примере модифицированных мембран на основе полифениленизофталамида при разделении бинарных метанолсодержащих смесей. Показана возможность выбора оптимального состава полимерная матрицананоуглеродный модификатор в нанокомпозитах, обеспечивающего наиболее эффективное разделение компонентов систем. Комплексными спектроскопическими исследованиями подтвержден сложный характер взаимодействия нековалентное связывание между углеродными наночастицами и полимерными цепями. Разработан подход к термодинамическому описанию процессов первапорации и аппроксимации экспериментальных данных, апробированный на примере бинарных систем этанол вода, ацетон вода, бензол циклогексан, метанол метиляибутиловый эфир, этанол бутанон. Практическая значимость работы заключается в том, что разработан метод получения новых мембран на основе нанокомпозитов иол и меруглеродная наночастица, обладающих улучшенными транспортными и физическими свойствами по сравнению со свойствами немодифицированных мембран. Создана композитная трехслойная мембрана, состоящая из селективного слоя поли2,6димстил1,4фениленоксида, модифицированного фуллереиом Сбо нанесенного на двухслойную мембрану МФФК, для эффективного выделения этилацетата в гибридном процессе реакцияпервапорация. Результаты первапорационного разделения метанолсодержащих смесей могут быть рекомендованы для разработки технологии очистки технического мстилтретябутилового эфира. Моделирование процессов первапорации представляет значение для предсказания концентрационной зависимости состава пермсата от состава исходной смсси в процессе первапорации. Прогнозирование результатов в процессах с использованием мембран с низкой производительностью позволит существенно снизить время эксперимента.