Мультислойные газоразделительные и первапорационные мембраны на основе ароматических полиамидоимидов

• Автор: Кононова, Светлана Викторовна
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 164 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ.
Введение.
Глава 1. Пути формирования высокоэффективных полимерных мембран диффузионного типа обзор литературы.

1.1. Основные принципы разделения газов, паров и жидкостей

на диффузионных полимерных мембранах

1.1.1 Общие представления II

1.1.2. Массоперенос в полимерных мембранах диффузионного типа

1.1.2.1. Скорость переноса газов через нспористые полимерные пленки

1.1.2.2. Влияние молекулярных и физикохимических параметров проникающих веществ на транспортные характеристики полимерных мембран

1.1.2.3. Специфика диффузионного транспорта

низкомолекулярных веществ через непористые полимерные пленки.

1.1.3. Влияние химической структуры и физического состояния полимера
1.1.4. Общие принципы и некоторые особенности
первапорационного разделения жидкостей.
1.2. Мультислойные мембраны. Принципы конструирования.
Оптимизация структуры.
1.2.1. Структурно морфологические особенности диффузионных мембран Ь 1.2.2. Молекулярный дизайн в основе формирования
мультислойной диффузионной мембраны.
1.2.3. Асимметричные фазоинверсионные мембраны в
составе диффузионных структур.
1.2.4. Транспортные свойства мультислойных композиционных мембран
1.2.4.1. Модель сопротивлений и ее мо дификации
1.2.4.2. О возможностях конструирования высокоэффективных мультислойных композиционных мембран диффузионного типа.
Глава 2. Материалы, методы получения и исследования мембран. Аппаратура.
2.1. Выбор полимерных материалов при конструировании
мультислош 1 ых мембран
2.1.1. Материалы для формирования подложек
2.1.2. Материалы для формирования непористых слоев мультислойных мембран
2.2. Методы формирования мембран.
2.3. Методы исследования структуры мембраны
2.4. Методы исследования транспортных свойств мембран
Глава 3. Композиционные мембраны для разделения смесей постоянных газов взаимосвязь структуры и параметров массопереноса
3.1. Структурно морфологические особенности ПАИ подложек
3.2 Контактные углы смачивания жидкостями исследуемых поверхностей
3.3. Конструирование новых газоразделительных композиционных мембран и их исследование во взаимосвязи структура селективно транспортные свойства
3.3.1. Морфологические особенности композиционных мембран
3.3.2. Транспортные свойства композиционных мембран
3.3.2.1. Композиционные мембраны типа
бисдиизобутилфсноксифосфазсн ПАИ1.
3.3.2.2. Транспортные свойства композиционных мембран с диффузионными слоями на основе полимеров с различными значениями Тс
3.3.2.3. Особенности селективного транспорта композиционных мембран с покровными слоями на основе ПФАА.
3.3.2.4. Исследование структуры приграничных слоев ПФАА в композитах типа ПФААПАИ
3.3.2.5. Некоторые транспортные свойства композиционных мембран с покровными слоями из ПФМЛ или ПФ2 на поверхности ПАИ1
подложки.
Глава 4. Конструирование и исследование транспортных свойств высокоэффективных метанол селективных мембран
4.1. Влияние характеристик подложки и формирующего ее полимера.
4.2. Критерии выбора полимера покрытия
4.2.1. Способность к взаимодействию с полимерной поверхностью подложки.
4.2.2. Влияние молекулярной массы полимера покрытия.
4.2.3. Формирование составного диффузионного слоя
4.3. Сравнительный анализ транспортных свойств
всех мембран, разработанных на основе ПАИ
Выводы.
Список литературы


Вместе с тем, парообразование компонентов разделяемой жидкости и дальнейшее их разделение в паровой фазе позволяет рассматривать первапорацию в одном ряду с разделением смесей газов и паров. Однако истинные механизмы газоразделения и первапорации еще требуют уточнений, так же как не установлены принципиальные различия между этими процессами. Очевидно лишь то, что для осуществления эффективного разделения необходимо не только наличие Др по обе стороны мембраны, но и особые свойства мембран. Мембраны должны быть избирательно проницаемы для отдельных компонентов. Именно способность мембран пропускать одни компоненты быстрее, чем другие, несмотря на равенство движущих сил, приводит к существенному различию составов смеси до и после мембраны. Для непористых мембран характерна диффузионная проницаемость. На первой стадии перенос низкомолекулярного вещества через непористый полимерный материал представляет собой нестационарный процесс, далее устанавливается стационарное состояние потока с постоянной скоростью перемещения при условии постоянного градиента давления по толщине полимерного слоя. Выделяют также процесс переноса путем поверхностного потока, который обусловлен передвижением сорбированных молекул газа или пара на внутренних поверхностях структурных элементов материала 7. Природа связи пенетрант полимер физикохимическая силовое поле молекул, механизм переноса диффузионный. Изза отсутствия пор в плотном слое количество вещества, адсорбированного поверхностью, относительно мало. Поэтому важна также растворимость газов в матрице мембраны. Согласно закону Генри, равновесная концентрация пенетранта в полимере может быть выражена через величину внешнего давления i 4, причем коэффициент растворимости или константа Генри является функцией температуры и, в общем случае, функцией р или . При этом сорбция газов описывается суммой слагаемых, соответствующих изотерме Генри и изотерме Ленгмюра модель двойной сорбции. Изотерма Генри описывает физическое растворение в полимере при температурах как выше, так и ниже Тс, изотерма Ленгмюра характерна только для стеклообразного состояния 3,8,,,. Предполагают, что при сорбции
по Генри происходит раздвижение полимерных цепей и размещение молекул пенетранта в образовавшихся фрагментах свободного объема. В противоположность этому, молекулы газа, сорбирующиеся по Ленгмюру, оказываются локализованными в замороженных в материале пустотах между макромолекулами. Общий характер температурной зависимости определяется суммой энергий активации диффузии Еп и энтальпии сорбции АНг , условно называемой энергией активации проницания Ер и равной i i i 6. Но 0 и, в первом приближении, равна энтальпии конденсации чистого газа. Нк , 0, а се абсолютное значение невелико. В результате энтальпия растворения может иметь различный знак АН , 0. При допущении, что стандартное давление рС1. Генри, для газов с малой молекулярной массой и низкой критической температурой энтальпия растворения определяется тепловым эффектом смешения, при этом Ни 0, АН 0 и Ер 0. Это подтверждается многочисленными экспериментальными данными по проницаемости Не, Н2, Ые, Ь, и других газов 8,. Практические цели применения мембранного разделения требуют определения скорости массопереноса газов, паров или жидкостей, прежде всего, в стационарном состоянии. При этом в большинстве случаев молекулярная диффузия определяет общую скорость проникания. Процессы, связанные с переносом молекул или ионов через пограничные области, учитываются в приближении большой скорости такого переноса, когда на межфазных границах мембрана среда реализуется равновесие по подходящим к границе ионам или молекулам . В соответствии с феноменологическим подходом, одномерная диффузия в изотропной среде в условиях квазистационарного процесса описывается дифференциальным уравнением первым законом Фика О дсдх 7, где поток вещества, диффундирующий в направлении х показывает, что диффузия происходит в направлении убывания концентрации с 1,2,3,7,,,,. Иными словами, скорость диффузии газа через единицу площади поверхности.