Получение и исследование свойств каталитических Pd-содержащих полимерных мембран для глубокой очистки воды от растворенного кислорода

• Автор: Петрова, Инна Викторовна
• Шифр специальности: 05.17.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Литературный обзор
1.1. Методы удаления растворенного кислорода из воды
1.1.1. Физические методы
1.1.2. Химические методы
1.2. Палладиевые катализаторы гидрирования
1.2.1 Палладий и его сплавы
1.2.2 Наночастицы палладия на полимерных носителях
1.3. Каталитические мембранные реакторы
1.3.1. Концепция мембранного реактора
1.3.2 Мембраны, применяемые в каталитических мембранных реакторах
1.3.3 Мембранные реакторы на основе пористых Pd-содержащих мембран
1.3.4 Удаление растворенного кислорода из воды в каталитических мембранных реакторах
2. Экспериментальная часть
2.1. Получение мембранных катализаторов
2.1.1. Исходные мембраны
2.1.2. Предварительная подготовка внешней поверхности мембран
2.1.3. Нанесение палладия на внешнюю поверхность мембран
2.2. Лабораторный мембранный модуль
2.3 Коммерческий мембранный контактор (Liqui-Cel contactor)
2.4 Нанесение палладия на внешнюю поверхность полых волокон внутри неразборного мембранного модуля
2.5 Физико-химические исследования каталитических мембран
2.5.1. Определение краевых углов смачивания
2.5.2. Метод динамической десорбционной порометрии
2.5.3. ИК-спектроскопия
2.5.4. Оптическая микроскопия
2.5.5. Сканирующая электронная микроскопия
2.5.6. Энергодисперсионная рентгеновская микроскопия
2.5.7. Определение поверхностной пористости
2.5.8. Рентгеноструктурный анализ
2.5.9. Атомная силовая микроскопия
2.5.10. EXAFS метод

2.6. Принцип одностадийной очистки воды от растворенного кислорода
2.7. Статический мембранный реактор для удаления растворенного
кислорода из воды
2.8. Проточная установка для процессов глубокого удаления растворенного кислорода из воды в каталитическом мембранном контакторе/реакторе
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Мембраны Ассиге1
3.1.1 Исследование физико-химических свойств мембран
3.1.2. Исследование состояния палладия на поверхности мембран
3.1.3 Удаление растворенного кислорода из воды в статическом каталитическом мембранном реакторе
3.2 Мембраны Сеагй
3.2.2 Удаление растворенного кислорода из воды на проточной установке
3.2.2.1 Лабораторный мембранный контактор/реактор с перекрестным
режимом течения по жидкости и газу
Физическая сдувка
3.2.2.2 Лабораторный мембранный контактор/реактор с параллельным режимом течения по жидкости и газу
3.2.2.3 Пилотный каталитический мембранный контактор/реактор
Выводы
Список литературы

Введение
Актуальность работы. Современные высокотехнологические разработки требуют использования воды высокой степени чистоты. Снижение содержания растворенного кислорода (РК) в воде является важной стадией подготовки технологических вод для многих широкомасштабных производств. Несмотря на то, что содержание РК в воде сравнительно мало (при нормальных условиях порядка 8 мг/л), в микроэлектронике, энергетике и пищевой промышленности выставляются жесткие требования по снижению его концентрации до уровня нескольких мкг/л и ниже. В энергетике для снижения коррозии и отложения накипи с целью повышения срока службы тепловых сетей и оборудования на 10 и более лет содержание РК в воде должно быть на уровне 5 мкг/л. Наиболее строгие требования к качеству ультрачистой воды предъявляет сегодня полупроводниковая промышленность - в ряде случаев содержание РК в воде не должно превышать 1 мкг/л. В дальнейшем эти требования могут только ужесточаться, а необходимые объемы ультрачистой воды будут возрастать. Сверхчистая вода отсутствует на рынке как коммерческий продукт. Таким образом, разработка высокоэффективных способов удаления РК из воды является весьма актуальной задачей.
К перспективным химическим методам удаления РК относится каталитическое восстановление кислорода водородом на палладиевом катализаторе с образованием воды. Существующие в настоящее время технические решения предусматривают проведение процесса в две стадии: предварительное насыщение воды водородом и последующее восстановление РК водородом на палладиевом катализаторе.
В Институте нефтехимического синтеза им.А.В.Топчиева РАН (ИНХС РАН) совместно с Голландской организацией прикладных научных исследований (ТИО) был разработан и запатентован способ нанесения металлического палладия на внешнюю поверхность гидрофобных

металлом с исключительными свойствами по проницаемости водорода, представляет с этой точки зрения, в первую очередь, как мембранный катализатор в реакциях гидрогенизации [100].
1.3.1. Концепция мембранного реактора
Мембранный реактор — это устройство, объединяющее мембранный процесс разделения с химической реакцией в одно целое [101]. Различные варианты мембранных реакторов гидрирования и дегидрирования обсуждены в обзоре ЭШтпеуег и др. [102] и предложена их классификации (рис. 5). Так, широко используемая концепция - селективное удаление продуктов реакции из зоны реакции (рис.5а). Этот подход применяется для сдвига равновесия лимитирующей стадии реакции с целью увеличения выхода целевых продуктов реакции и для подавления нежелательных побочных процессов. В этом случае используется селективно проницаемая мембрана для одного из продуктов реакции (например, в этих реакторах используются селективно проницаемые для водорода мембраны из палладия или его сплавов для реакции дегидрирования с целью удаления продукта реакции водорода из зоны реакции) [103]. В другом случае (рис.5б) применяется селективно проницаемая мембрана для подачи одного из реагентов в зону реакции с целью установления оптимального концентрационного профиля вдоль реактора (например, в этих реакторах используются селективно проницаемые для водорода мембраны из палладия или его сплавов для подачи водорода в зону реакции для реакции гидрирования) [104]. Третья концепция направлена на мембраны, которые создают четкую границу раздела реакции между двумя потоками реагентов (рис. 5в).
Массоперенос через мембрану является селективным в случае проникновения только определенных компонентов смеси (рис. 5 а,б) и неселективным, если все компоненты смеси проникают со сравнимыми скоростями (рис. 5в). Для осуществления селективного транспорта в
основном используются непористые мембраны (при этом действует