📄Работа №141834
Тема: Оптимизация процесса первапорации при регенерации этиленгликоля с помощью новых мембран на основе полифениленоксида, модифицированного оксидомграфена
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
химия
Объем:
51 листов
Год:
2023
Просмотров:
76
5500
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 5
1.1. Мембраны и их классификация 5
1.2. Мембранные методы разделения 6
1.3. Первапорация 7
1.4. Первапорационная дегидратация этиленгликоля 12
1.5. Мембраны на основе полифениленоксида (ПФО) 15
1.6. Применение оксида графена как модификатора мембран 18
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 21
2.1. Материалы 21
2.2. Приготовление мембран 21
2.3. Методы исследования мембран 22
2.3.1. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье 22
2.3.2. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) 22
2.3.3. Атомно-силовая микроскопия (АСМ) 22
2.3.4. Измерение краевых углов 23
2.3.5. Эксперименты по набуханию 23
2.3.6. Термогравиметрический анализ (ТГА) 23
2.3.7. Первапорация 23
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 25
3.1. Исследование мембран на основе ПФО 25
3.1.1. Исследование диффузионных мембран 25
3.1.2. Исследование композиционных мембран 33
3.2. Транспортные свойства мембран на основе ПФО 34
3.3. Сравнение транспортных параметров с литературными данными 38
ВЫВОДЫ 40
БЛАГОДАРНОСТИ 42
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 43
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 5
1.1. Мембраны и их классификация 5
1.2. Мембранные методы разделения 6
1.3. Первапорация 7
1.4. Первапорационная дегидратация этиленгликоля 12
1.5. Мембраны на основе полифениленоксида (ПФО) 15
1.6. Применение оксида графена как модификатора мембран 18
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 21
2.1. Материалы 21
2.2. Приготовление мембран 21
2.3. Методы исследования мембран 22
2.3.1. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье 22
2.3.2. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) 22
2.3.3. Атомно-силовая микроскопия (АСМ) 22
2.3.4. Измерение краевых углов 23
2.3.5. Эксперименты по набуханию 23
2.3.6. Термогравиметрический анализ (ТГА) 23
2.3.7. Первапорация 23
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 25
3.1. Исследование мембран на основе ПФО 25
3.1.1. Исследование диффузионных мембран 25
3.1.2. Исследование композиционных мембран 33
3.2. Транспортные свойства мембран на основе ПФО 34
3.3. Сравнение транспортных параметров с литературными данными 38
ВЫВОДЫ 40
БЛАГОДАРНОСТИ 42
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 43
📖 Введение
В течение последних десятилетий разработки в области мембранных технологий показали высокую эффективность в различных отраслях промышленности. Мембранные технологии относятся к процессам устойчивого развития и обладают рядом преимуществ: экологичность, экономичность, низкое энергопотребление, высокая производительность и селективность, непрерывность процесса разделения, рентабельность. Различные методы мембранного разделения широко применяют для повышения эффективности и производительности технологических схем и решения экологических проблем.
Одним из перспективных мембранных методов разделения является первапорация. Данный метод позволяет эффективно разделять жидкие смеси низкомолекулярных соединений. В сравнении с традиционными методами разделения, такими как дистилляция, перегонка и ректификация [1], процесс первапорации отличается высокой эффективностью при концентрировании, фракционировании и очистки веществ, а также при разделении азеотропных смесей, смесей изомеров, близкокипящих и термически неустойчивых веществ. К основным областям применения первапорации относят обезвоживание растворителей, удаление органических соединений из водного раствора, разделение органических смесей и опреснение [2]. Одним из активно развивающихся направлений обезвоживания растворителей является дегидратация этиленгликоля [3]. Этиленгликоль (ЭГ) относится к наиболее важным коммерчески доступным гликолем и имеет множество применений, в том числе в качестве антифриза в системах охлаждения и отопления, в гидравлических тормозных жидкостях, в качестве сырья для производства полиэфирных смол [4]. Стоит отметить, что производство ЭГ обычно осуществляется путем гидролиза окиси этилена в присутствии избытка воды [5], в результате получают 70-80% водный раствор этиленгликоля, требующий дополнительной стадии дегидратации (обезвоживания). Разделение смеси ЭГ и воды путем дистилляции входит в число восьми наиболее энергоемких операций в химической промышленности [6]. Использование первапорации при правильном подборе мембраны с заданными характеристиками позволит экологично и экономично решить проблему регенерации ЭГ от воды [7].
В качестве материалов для приготовления первапорационных мембран при дегидратации ЭГ используют различные полимеры, такие как поливиниловый спирт (ПВС) [8], хитозан и полисульфон (ПС) [6], полиамид (ПА) [9], полимер с внутренней микропористостью (PIM-1) [10], полифениленоксид (ПФО) [11] и др. В данной работе в качестве основы для приготовления мембран был выбран поли(2,6-диметил-1,4- фениленоксид) (ПФО) - ароматический стеклообразный полимер с хорошими механическими и плёнкообразующими свойствами, с высокой термической стабильностью и хорошей химической стойкостью [12], который активно используется для создания мембран для диффузионных мембранных процессов, а именно первапорации [13-15] и газоразделения [16-18]...
Одним из перспективных мембранных методов разделения является первапорация. Данный метод позволяет эффективно разделять жидкие смеси низкомолекулярных соединений. В сравнении с традиционными методами разделения, такими как дистилляция, перегонка и ректификация [1], процесс первапорации отличается высокой эффективностью при концентрировании, фракционировании и очистки веществ, а также при разделении азеотропных смесей, смесей изомеров, близкокипящих и термически неустойчивых веществ. К основным областям применения первапорации относят обезвоживание растворителей, удаление органических соединений из водного раствора, разделение органических смесей и опреснение [2]. Одним из активно развивающихся направлений обезвоживания растворителей является дегидратация этиленгликоля [3]. Этиленгликоль (ЭГ) относится к наиболее важным коммерчески доступным гликолем и имеет множество применений, в том числе в качестве антифриза в системах охлаждения и отопления, в гидравлических тормозных жидкостях, в качестве сырья для производства полиэфирных смол [4]. Стоит отметить, что производство ЭГ обычно осуществляется путем гидролиза окиси этилена в присутствии избытка воды [5], в результате получают 70-80% водный раствор этиленгликоля, требующий дополнительной стадии дегидратации (обезвоживания). Разделение смеси ЭГ и воды путем дистилляции входит в число восьми наиболее энергоемких операций в химической промышленности [6]. Использование первапорации при правильном подборе мембраны с заданными характеристиками позволит экологично и экономично решить проблему регенерации ЭГ от воды [7].
В качестве материалов для приготовления первапорационных мембран при дегидратации ЭГ используют различные полимеры, такие как поливиниловый спирт (ПВС) [8], хитозан и полисульфон (ПС) [6], полиамид (ПА) [9], полимер с внутренней микропористостью (PIM-1) [10], полифениленоксид (ПФО) [11] и др. В данной работе в качестве основы для приготовления мембран был выбран поли(2,6-диметил-1,4- фениленоксид) (ПФО) - ароматический стеклообразный полимер с хорошими механическими и плёнкообразующими свойствами, с высокой термической стабильностью и хорошей химической стойкостью [12], который активно используется для создания мембран для диффузионных мембранных процессов, а именно первапорации [13-15] и газоразделения [16-18]...
✅ Заключение
Были разработаны новые диффузионные и композиционные мембраны со смешанной матрицей на основе поли (2,6-диметил-1,4-фениленоксида) (ПФО), модифицированного наночастицами оксида графена (ОГ), для первапорационной дегидратации этиленгликоля.
Транспортные свойства разработанных мембран на основе ПФО и композита ПФО/ОГ были изучены в первапорационной дегидратации ЭГ в широком концентрационном диапазоне (10-90 масс.% воды). Было показано, что все разработанные мембраны являлись высокоселективными по отношению к воде. Введение оксида графена (0,1-0,9 масс.%) в матрицу ПФО привело к улучшению удельной производительности диффузионных мембран с небольшим снижением селективности по отношению к воде по сравнению с немодифицированной ПФО мембраной. Изменения транспортных свойств были связаны с изменениями в структуре и физико-химических свойствах ПФО мембраны: формирование более шероховатой внутренней и поверхностной морфологии и гидрофилизация поверхности, что было изучено различными методами анализа (ИК-Фурье, СЭМ, АСМ, измерение краевых углов по воде и степени набухания). Диффузионная ПФО мембрана с содержанием ОГ 0,7% обладала оптимальными транспортными характеристиками: самая высокая удельная производительность 78-470 г/(м2ч) и 99,3-96,2 масс.% воды в пермеате при первапорационной дегидратации ЭГ (10-90 масс.% воды).
С целью увеличения производительности диффузионной мембраны для перспективного промышленного применения, была разработана композиционная мембрана путем нанесения тонкого селективного слоя на основе ПФО/ОГ (0,7%) композита на коммерческую МФФК подложку. ПФО/ОГ (0,7%)/МФФК мембрана продемонстрировала увеличенную удельную производительность (в 15 раз) с сохранением высокой селективности к воде (99,8-99,6 масс.% воды в пермеате) по сравнению с диффузионной ПФО мембраной при первапорационной дегидратации ЭГ (10-30 масс.% воды).
Таким образом, благодаря разработке новой высокоэффективной и высокоселективной мембраны на основе ПФО, модифицированного ОГ, была проведена оптимизация процесса первапорационного разделения смеси вода/ЭГ. Мембрана ПФО/ОГ (0,7%)/МФФК является перспективной для промышленного 40
применения при дегидратации ЭГ благодаря высокой производительности с сохранением высокой селективности по отношению к воде и механической и термической стабильности мембраны.
Транспортные свойства разработанных мембран на основе ПФО и композита ПФО/ОГ были изучены в первапорационной дегидратации ЭГ в широком концентрационном диапазоне (10-90 масс.% воды). Было показано, что все разработанные мембраны являлись высокоселективными по отношению к воде. Введение оксида графена (0,1-0,9 масс.%) в матрицу ПФО привело к улучшению удельной производительности диффузионных мембран с небольшим снижением селективности по отношению к воде по сравнению с немодифицированной ПФО мембраной. Изменения транспортных свойств были связаны с изменениями в структуре и физико-химических свойствах ПФО мембраны: формирование более шероховатой внутренней и поверхностной морфологии и гидрофилизация поверхности, что было изучено различными методами анализа (ИК-Фурье, СЭМ, АСМ, измерение краевых углов по воде и степени набухания). Диффузионная ПФО мембрана с содержанием ОГ 0,7% обладала оптимальными транспортными характеристиками: самая высокая удельная производительность 78-470 г/(м2ч) и 99,3-96,2 масс.% воды в пермеате при первапорационной дегидратации ЭГ (10-90 масс.% воды).
С целью увеличения производительности диффузионной мембраны для перспективного промышленного применения, была разработана композиционная мембрана путем нанесения тонкого селективного слоя на основе ПФО/ОГ (0,7%) композита на коммерческую МФФК подложку. ПФО/ОГ (0,7%)/МФФК мембрана продемонстрировала увеличенную удельную производительность (в 15 раз) с сохранением высокой селективности к воде (99,8-99,6 масс.% воды в пермеате) по сравнению с диффузионной ПФО мембраной при первапорационной дегидратации ЭГ (10-30 масс.% воды).
Таким образом, благодаря разработке новой высокоэффективной и высокоселективной мембраны на основе ПФО, модифицированного ОГ, была проведена оптимизация процесса первапорационного разделения смеси вода/ЭГ. Мембрана ПФО/ОГ (0,7%)/МФФК является перспективной для промышленного 40
применения при дегидратации ЭГ благодаря высокой производительности с сохранением высокой селективности по отношению к воде и механической и термической стабильности мембраны.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.