Получение и исследование свойств полимерных нанофильтрационных мембран для разделения органических сред

• Автор: Паращук, Виктор Викторович
• Шифр специальности: 05.17.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 106 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Мембранные материалы и мембраны на их основе для НФОС
1.1Л Стеклообразные полимеры
1ЛЛЛ Целлюлоза...:
1.1.1.2 Полиамиды
1.1.1.3 Полиимиды
1.1.1.3 Полиимины
1.1.1.4 Поликарбонат
1.1.1.5 Полисульфоны, поликетоны
1.1.1.6 Полиакрилонитрил
1.1.1.7 Поли( 1 -триметилсилил-1 -пропин)
1.1.2 Полисил океаны
1.2 Некоторые области применения НФОС
1.2.1 Нефтехимическая и химическая промышленность
1.2.2 Пищевая промышленность
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Объекты исследования
2.1.1 ПДФАФИ
2.1.2 ПТМСП
2.1.3 Поли(диметилсилметилен)
2.2. Сорбция органических растворителей в ПДФАФИ
2.3. Сорбция красителя в ПДФАФИ
2.4 Нанофильтрация органических сред
2.5 Сканирующая электронная микроскопия
2.6 Нанопермпорометрия
2.7 Расчет ошибок эксперимента
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Асимметричные ПДФАФИ-мембраны
3.1.1 Влияние концентрации ПДФАФИ в формовочном растворе на структуру мембран
3.1.2 Влияние типа осадительной ванны на структуру мембран
3.1.3 Нанофильтрационные характеристики ПДФАФИ-мембран
3.1.4 Влияние предыстории ПДФАФИ-мембран на нанофильтрационные характеристики
3.1.5 Нанопермпорометрия
3.2 Композитные ПТМСП-мембраны
3.2.1 Выбор подложки
3.2.2 Влияние концентрации ПТМСП в формовочном растворе на производительность мембран
3.3 Влияние добавки ПДМСМ на нанофильтрационные свойства ПТМСП
3.4 Сравнение нанофильтрационных характеристик разработанных
полимерных мембран с зарубежными промышленными аналогами
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Нанофильтрация органических сред (НФОС) является перспективной малоэнергоемкой технологией, способной решать многие разделительные задачи, прежде всего, в нефтехимической, химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Для успешной и эффективной реализации процесса НФОС используемые мембраны должны обладать механической и химической стабильностью в органических средах, демонстрировать высокие значения удерживания целевых компонентов и транспорта органических растворителей. Отсутствие фазовых переходов при НФОС обеспечивает низкую энергоемкость этой технологии по сравнению с традиционными дистилляционными методами разделения. Например, использование технологии НФОС в процессе депарафинизации моторных масел («МАХ-DEWAX» процесс, ExxonMobil) позволило увеличить выход моторных масел на 25% с одновременным сокращением на 20% энергозатрат на единицу продукции.
Наиболее интенсивно исследуемыми областями применения нанофильтрации органических сред являются гомогенный катализ и экстракционные процессы в нефтехимической, химической, фармацевтической и пищевой промышленностях. Так, например, в органическом синтезе в качестве катализаторов широко используются дорогостоящие комплексы переходных металлов (Pt, Pd, Ru, Rh и т.п.). Отделение катализатора от конечных продуктов часто сопровождается его частичной или полной дезактивацией. Возможным способом увеличения срока жизни гомогенного катализатора является его эффективное отделение от продуктов реакции и возвращения в активной форме в реакционный цикл. Следующей многотоннажной задачей является регенерация и рециркуляция органических растворителей-экстрагентов, например, при производстве красителей и лакокрасочных грунтов, при отмывке и обезжиривании различных узлов и агрегатов, при экстракции продуктов пищевого происхождения (растительных масел, белков,

при температуре 23°С и трансмембранном давлении 138 атм. Удерживание катализатора составляло 87%.
Компанией «Shell Oil Со.» в 1988 году было предложено использовать мембраны на основе галогензамещенных полисилоксанов для выделения растворителей (толуол и МЭК) из их смесей с углеводородными маслами [91]. Мембрана представляла собой сплошную пленку из сшитого 3,3,3-трифторпропилсилоксана, сформованную на армирующей подложке.
Компания «Texaco Inc.» в 1991-1992 годах запатентовала применение мембран на основе непористых сшитых полисилоксанов для отделения смеси МЭК с толуолом от депарафинизированного масла [92, 93]. В качестве сшивающего агента использовались диизоцианат, диалкоксисилан или диацетоксисилан. Селективный слой полисилоксана толщиной 1-5 мкм наносился на пористую подложку на основе ПАН. Толщина подложки составляла 40-80 мкм со средним диаметром транспортных пор около 200 А (значение отсечение порядка 4-104 г/моль).
В 1993 году компанией «Membrane Products Kiryat Weitz» была разработана устойчивая в органических растворителях композитная мембрана на основе полисилоксана [94-96]. В качестве подложки использовали импрегнированный сшитый ПАН. Импрегнирующий агент использовался для предохранения от коллапса пор в подложечном слое мембраны при высыхании, а также для предотвращения проникновения раствора полисилоксана в пористую структуру ПАН подложки при формовании селективного слоя мембраны. Химическая сшивка полисилоксанового слоя осуществлялась после его нанесения на подложку. Было показано, что полученные мембраны устойчивы в ацетонитриле, этаноле, гексане, толуоле, N-МП, ДМСО, ДМФА, диметилацетамиде и их смесях с водой. На коммерческом рынке имеются нанофильтрационные мембраны на основе силиконовых каучуков серии MPF (поставляются заказчику в водно-этанольной смеси (50:50)). Например, толщина селективного слоя мембран MPF-50 оценивается на