ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 5
1.1. Мембранные процессы 5
1.1.1. Основы мембранных процессов 5
1.1.2. Классификация мембранных процессов 7
1.1.2.1. Баромембранные процессы 7
1.1.2.2. Термомембранные процессы 8
1.1.2.3. Электромембранные процессы 9
1.1.2.4. Диффузионные мембранные процессы 9
1.2. Диффузионные мембранные методы 10
1.3. Исторический очерк 11
1.4. Первапорация как метод разделения жидких смесей 12
1.5. Выбор материала мембраны для первапорации 15
1.6. Физико-химические аспекты первапорации 15
1.7. Гибридное разделение 19
1.8. Мембраны для первапорационного разделения 21
1.8.1. Полимерные мембраны 21
1.8.2. Жидкие мембраны 22
1.8.3. Неорганические мембраны 24
1.9. Выбор объектов исследования 24
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 26
2.1. Определение плотности 26
2.2. Определение доли свободного объема 26
2.3. Определение углов смачивания 26
2.4. Сканирующая электронная микроскопия 27
2.5. Используемые оборудование и методы анализа для изучения физических параметров мембран 27
2.6. Сорбционный эксперимент 28
2.7. Определение равновесного состава четырехкомпонентной системы 28
2.8. Первапорация 29
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 31
3.1. Структура мембран 32
3.2. Рентгенофазовый анализ гибридных мембран 33
3.3. Термические свойства мембран 34
3.4. Физические характеристики мембран 35
3.5. Транспортные свойства 37
3.6. Физические свойства разделяемых жидкостей 37
3.7. Сорбционный эксперимент 38
3.8. Первапорация смеси уксусная кислота/вода при 50°C 40
3.9. Кинетический эксперимент по определению равновесного состава четырёхкомпонентной смеси 42
3.10. Первапорация смеси н-пропанол/уксусная кислота/пропилацетат/вода 44
ВЫВОДЫ 47
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 48
БЛАГОДАРНОСТИ 53
Мембранные процессы разделения веществ являются одними из наиболее широко внедряемых в промышленность, поскольку они предлагают высокую селективность разделения, возможность непрерывного, автоматического и экономичного процесса при температуре окружающей среды, а также простую интеграцию в существующие производственные процессы и заметную экономию энергии. Их отличает простота аппаратурного оформления, низкая массо-, энергоемкость и стоимость, а также надежность и высокая эффективность. Мембранные процессы разделения являются неотъемлемой частью научно-технического прогресса во многих областях производства и занимают лидирующее положение в национальных программах по процессам разделения веществ.
Несмотря на то, что мембранные процессы имеют довольно широкую область применения, исследования в направлениях конструирования новых мембранных модулей и установок, а также поиска новых материалов и создания на их основе перспективных мембран, являются весьма актуальными задачами.
Среди известных способов получения мембранных материалов с высокой селективностью и проницаемостью наиболее широко используется модификация и функционализация известных видов пленкообразующих полимеров, в том числе, использование полимерной матрицы с неорганическими наполнителями [1, 2]. Путем варьирования состава полимерной смеси можно изменять транспортные и эксплуатационные характеристики мембран в широких пределах. При этом часто улучшаются механические свойства мембран, и повышается их стабильность в контакте с разделяемыми веществами.
Цель данной работы состояла в исследовании физических параметров и разделительных свойств новых гибридных мембран на основе поли(2,6-диметил-1,4-фениленоксида) (ПФО), модифицированного звездообразными молекулами сложной архитектуры с лучами из полистирола (ПС) и поли-2-винилпиридина (П2ВП) и центром ветвления молекулойфуллеренаС60.
ВЫВОДЫ
1. Путем модификации полифениленоксида различными количествами (1, 3 и 5 масс.%) звездообразного гетеролучевого полимера с лучами из полистирола и поли-2-винилпиридина на общем фуллерен (С60)-центре ветвления получены новые мембраны для первапорационного разделения четырехкомпонентной смеси, моделирующей синтез пропилацетата.
2. Изучены физические характеристики новых гибридных материалов на основе полифениленоксида с добавками звездообразного фуллеренсодержащего модификатора (кристалличность, термическая стабильность, контактный угол смачивания, температура стеклования, плотность и доля свободного объема).
3. Установлено, что включение звездообразных макромолекул в ПФО матрицу приводит к компактизации структуры мембран; при этом доля свободного объема незначительно увеличивается по сравнению с аналогичной характеристикой матричного полимера.
4. Оценены величины степени сорбции компонентов разделяемых систем для матричной и модифицированных мембран. Выявлено, что введение звездообразного модификатора, содержащего полярные лучи поли-2-винилпиридина, приводит к увеличению степени сорбции полярных жидкостей (спирт, кислота) и уменьшению степени сорбции более неполярных жидкостей (сложный эфир).
5. На основе первапорационных экспериментов разделения бинарной смеси уксусная кислота/вода и равновесной четырёхкомпонентной системын-пропанол/уксусная кислота/пропилацетат/вода – оценены транспортные свойства мембран и их зависимость от концентрации воды в исходной смесии от содержания добавки звездообразного модификатора.
6. Установлено, что гибридные мембраны являются более эффективными в процессе первапорации по сравнению с полифениленоксидом, пропуская преимущественно воду при разделении как бинарной, так и равновесной четырёхкомпонентной смесей. Мембрана, содержащая 5 масс. % модификатора, является наиболее эффективной.
