Исследование физико-химических и транспортных свойств мембран на основе полигетероариленов

• Автор: Пулялина, Александра Юрьевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 107 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Особенности процессов разделения и концентрирования жидких и 13 газообразных смесей с помощью непористых полимерных мембран
1.1.1. Транспорт через непористые мембраны, общая характеристика
1.1.2. Механизм “растворение - диффузия ”
1.1.3. Сорбция в полимерных материалах
1.1.3.1. Теория мономолекулярной сорбции Ленгмюра
1.1.3.2. Модель двойной сорбции
1.1.3.3. Теория БЭТ
1.1.3.4. Статистическая теория набухания сетчатых полимеров. Теория 25 Флори - Хаггинса
1.1.4. Диффузия в полимерных системах
1.1.4.1. Кинетика набухания полимеров
1.1.4.2. Диффузия газов через непористый полимерный материал. 29 Понятие свободного объема
1.2. Полигетероарилены как мембранные материалы
1.2.1. Мембраны на основе полигетероариленов в процессах
первапорации водно-спиртовых смесей
1.2.2. Остаточный растворитель как фактор, влияющий на
разделительные свойства мембран
1.2.3. Композиты полигетероарилены - модификатор
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Материалы
2.2. Получение композитов полиимид - (сополимер анилина и

антраниловой кислоты)
2.3. Приготовление мембран
2.3.1. Получение гомогенных мембран на полиимид - (сополимер 48 анилина и антраниловой кислоты), полиамидокислоты, полибенз-3,1-оксазинона-4 и поликарбамида
2.3.2. Получение композитных мембран
поликарбамид/полифениленоксид
2.4. Методы исследования физико-химических свойств
2.5. Измерение плотности, свободного объема и коэффициента 49 молекулярной упаковки мембран
2.6. Исследования процесса сорбции мембранами
2.6.1. Изучение процессов сорбции мембранами пенетратов из жидкой 50 фазы
2.6.2. Изучение процессов сорбции паров воды из газовой фазы 50 мембранами на основе поликарбамида
2.7. Расчет параметра взаимодействия полимер-растворитель Флори- 51 Хаггинса
2.8. Изучение диффузионной способности молекул пенетрантов. 52 Определение эффективных коэффициентов диффузии
2.9. Изучение и анализ транспортных свойств мембран
2.9.1. Первапорация
2.9.2. Газоразделение
2.9.3. Газохроматографический анализ и рефрактометрия
2.9.3.1. Газохроматографический анализ
2.9.3.2. Рефрактометрический анализ
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Влияние добавок полимера-модификатора в матрицу полиимида 57 (ПИ) на свойства мембран
3.1.1. Физико-механические свойства мембран на основе композитов
полиимид-(сополимер анилина и антраниловой кислоты) (ПИ/ПАНИ-АК)
3.1.2. Термогравиметрический анализ
3.1.3. Морфология мембран на основе ПИ и ПИ/ПАНИ-АК
3.1.4. Транспортные свойства мембран на основе полиимида (ПИ) и 52 композитов полиимид-(сополимер анилина и антраниловой кислоты) ПИ/ПАНИ-АК
3.1.4.1. Исследования сорбционных свойств мембран
3.1.4.2. Первапорация смеси вода-изопропанол с использованием 66 мембран на основе ПИ и ПИ/ПАНИ-АК
3.2. Структура и свойства мембран на основе полиамидокислоты 69 (ПАК) и продукта ее термического преобразования - полибенз-3,1-
оксазинона-4 (ПБОЗ)
3.2.1. Термическое преобразование ПАК в ПБОЗ
3.2.2. Физико-механические свойства мембран на основе ПАК и 72 ПБОЗ
3.2.3. Морфология мембран на основе ПАК и ПБОЗ
3.2.4. Газопроницаемость мембран на основе ПАК и ПБОЗ
3.2.5. Транспортные свойства мембран на основе ПАК и ПБОЗ
3.2.5.1. Сорбционные исследования для ПАК и ПБОЗ мембран
3.2.5.2. Первапорация смеси вода-изопропанол с использованием 82 мембран на основе ПАК и ПБОЗ
3.3. Влияние остаточного растворителя на свойства мембран на основе 85 поликарбамида (ПКА)
3.3.1. Термогравиметрический анализ мембран на основе ПКА(МП) и

3.3.2. Физические свойства мембран на основе ПКА(МП) и ПКА
3.3.3. Сорбционные процессы в мембранах ПКА(МП) и ПКА
3.3.3.1. Изучение сорбции жидкостей для ПКА(МП) и ПКА мембран
1.2.1. Мембраны на основе полигетероариленов в процессах первапорации водно-спиртовых смесей
Среди всех сфер применения полигетероариленов, дегидратация органических растворителей является одной их наиболее широко развиваемых областей. В литературе особое внимание уделяется исследованиям первапорационных процессов разделения водно-спиртовых смесей ввиду высокой промышленной значимости получения абсолютизированных спиртов. При дегидратации органических жидкостей полигетероарилены проявляют высокую селективность по отношению к воде. Имидные группы полимеров с гетероароматической структурой склонны к образованию водородных связей с молекулами воды, что и обеспечивает селективное проникновение последних через полимерную матрицу. Так, мембраны на основе полиимидов и сополиимидов Р84 активно используются для разделения таких водно-спиртовых смесей, как этанол-вода и вода-бутанол [27-31]. Отдельно следует выделить работу [30], где было показано влияние термической обработки на транспортные свойства мембран. В качестве объектов исследования были выбраны полиимиды, полученные реакцией поликонденсации с последующей термической имидизацией 3,3,4,4-бифенилтетракарбоксидиангидрида с различными ароматическими диаминами в растворе п-хлорфенола. При разделении смеси вода-этанол все исследованные мембраны были селективны по отношению к воде. Было показано, что термическая обработка полиимидов приводит к значительному увеличению фактора разделения выбранной водно-спиртовой смеси.
Полиимиды, сополиимиды, полиамидоимиды и полиэфиримиды также эффективны при первапорации смеси вода-изопропанол [25, 32-34]. Обширная информация о процессах дегидратации изопропанола на полиимидных мембранах представлена в работе [35]. Коммерчески