Массоперенос воды и предельных алифатических спиртов в системах с катионообменными мембранами

• Автор: Нетесова, Галина Александровна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 157 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. Обзор литературы

1.1. Состав и структура ионообменных мембран

1.2. Мембранные процессы разделения

1.3. Состояние воды и спиртов в растворах, полимерах

и полимерных мембранах

1.4. Разделение водноспиртовых смесей.

ГЛАВА 2. Экспериментальная часть

2.1. Характеристика объектов исследования

2.2. Определение основных физикохимических

характеристик мембран.
2.3. Методика ИКспектросконического исследования
2.4. Определение коэффициентов самодиффузии молекул воды
и спиртов в мембранах методом ЯМР с ИГМП
2.5. Определение работы смачивания поверхности мембран.
2.6. Методика термического анализа.
2.7. Методика исследования массопереноса
воды и спиртов в мембранах
2.7.1. Методика исследования массопереноса
из газовой фазы.
2.7.2. Методика первапорационного разделения водноспиртовых смесей
2.7.3. Исследование переноса воды через мембраны при
различных значениях относительной влажности.
ГЛАВА 3. Состояние воды и спиртов в ионообменных мембранах
3.1. ИКсиектроскопическое исследование состояния
воды и спиртов в мембранах
3.1.1. Состояние воды и спиртов в жидкой фазе.
3.1.2. Состояние воды в мембранах различной химической природы
3.1.3. Особенности состояния спиртов в ПАК мембранах
3.2. Взаимодействие воды и растворов спиртов с мембранами
3.2.1. Работа смачивания мембран водноспиртовыми смесями.
3.2.2. Особенности сорбции и набухания мембран в воде и спиртах.
3.3. Самодиффузия молекул воды и спиртов в
ионообменных мембранах.
3.4. Меизотермическая дегидратация и десольватация мембран
Глава 4. Массоперснос воды и спиртов через ионообменные мембраны
4.1. Механизм массопереноса воды через мембраны.
4.2. Мембранное разделение водноспиртовых смесей.
4.2.1. Разделение водноспирговых смесей из газовой фазы
4.2.2. Первапораиионное разделение водноэтанольных смесей
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Иитерполимерныс мембраны получают растворением в соответствующем растворителе, например, в димстилформамиде или димстилсульфоксидс 8 смеси двух линейных полимеров, один из которых является полиэлектролитом, а другой инертным веществом, с последующим испарением растворителя. В качестве матричного полимера можно использовать поливинилнденфторид, а в качестве полиэлектролига линейный сульфированный полистирол 8, . Эти мембраны отличаются высокой прочностью и хорошими электрохимическими свойствами. Они являются промежуточными между гомо и гетерогенными. Активацией первоначально инертных пленок, пластин или полотен могут быть получены электрохимически активные активированные и импрегнированные мембраны 9. В настоящее время ведется интенсивный поиск новых полимерных материалов для получения высокоселсктивных ионообменных мембран. Эти мембраны, в отличие от карбоцепных, являются более технологичными, а наличие набора сополимеров при их получении позволяет проводить направленный синтез. Кроме того, вследствие высокой жесткости полимерной матрицы при относительно малых размерах транспортных каналов для проникающих ионов и относительно низкого влагосодержания эти мембраны обладают высокой избирательностью переноса для противоионов различной природы . В работах , описан синтез и исследование гомогенных частично имидизированных карбоксилсодержащих мембран на основе сополимера 1,2,4,5бснзолтетракарбоновой ппромеллитовой кислоты с 4,4 диампнодифснилоксидом. Выявлено, что эти мембраны обладают повышенной избирательностью к однозарядным ионам. Основным процессом, в котором используются ионообменные мембраны, является электродиализ растворов электролитов. Однако в последнее время они используются в качестве мембранных материалов для разделения веществ в водных средах и газовых смесях. Основой таких мембран являются полимеры ароматического ряда иолисульфоны, полиамиды и полиимиды, что связано с их высокой прочностью, термостойкостыо и инертностью по отношению к компонентам разделяемых смесей 8, , , , . Перспективными в процессах как электроднаяиза, так и газоразделения и первапорации являются сульфосодсржащие катионообмеиные мембраны на основе ароматических полиамидов , , . Исследуемые мембраны характеризуются высокой селективностью переноса противоионов, низкой чувствительностью к изменению концентрации соли в растворе и достаточно высокой электропроводностью. Мембраны имеют относительно низкое влагосодержание, обуславливающее ряд специфических свойств, главное из которых повышенная селективность к однозарядным ионам при электродиализе смеси электролитов. Мембраны на основе сульфонатсодержащих ароматических полиамидов характеризуются высокими числами переноса иона 0 1 0,0, . Условия для селективного переноса катионов через мембрану создаются за счт формирования каналов, включающих сульфогруппы с катионами и молекулами воды вблизи заряженных частиц и амидных групп. Каналы имеют жесткую структуру за счт водородных связей между группами С0 и , барьера вращения связи С в амидной группе матрицы и присутствия ароматических фрагментов. Выявлено, что амидные группы конкурируют с 3 Ыа за молекулы воды . Одной из гомогенных мембран, также обладающей достаточно жесткой структурой транспортных каналов , является катионообменная мембрана МК0. Получают е прививкой стирола и дивинилбензола к термопласту полиэтилену высокого давления . Молскулярносовмещснныс полимеры содержат свободный термопласт и сшитый сополимер с вплетенным в его сетку макромолекул яри ым термопластом, далее полимер сульфируется. По способу получения мембрана является гомогенной, хотя образование ленты и поверхностная е обработка приводят к значительной неоднородности. Исследование свойств этой мембраны позволило предположить наличие в е структуре тонких пор . МК0 обладает хорошими электрохимическими свойствами в различных элсктромембранных системах, в частности в растворах аминокислот . Для объяснения причин проявления тех или иных физикохимических свойств мембран используются различные модели их строения. Первые модели гомогенной мембраны основывались на равномерном распределении фиксированных групп, растворителя и противоионов теория фиксированного заряда Тсорелла, Майера, Сиверса и модель тонкопористой мембраны Шмидта 5.