Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Полимерные мембраны для первапорационного разделения смесей ароматических и алифатических углеводородов : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.06

Год: 2013

Номер работы: 2336

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

. Первапорация - мембранный процесс разделения жидкостей [10, 11], в котором в качестве разделяющего барьера выступает полимерная мембрана. В процессе первапорации мембрана находится в контакте со смесью жидкостей, из которой преимущественно удаляется один из компонентов [12]. В результате разделения наиболее проникающий компонент смеси концентрируется в пермеате, а наименее проникающий - в исходной смеси. Метод первапорационного разделения обладает следующими преимуществами [13]:

- Бе

. Существует несколько приёмов обеспечения стационарного разделения с помощью движущей силы процесса. При этом процесс можно провести различными способами рис. 1: Разделяемая смесь Жидкость Мембрана Пар Концентрат Конденсатор [ <^~ Вакуумный насос Горячий теплоноситель Поверхность теплообмена еляемая смесь Жидкость Мембрана Пар Поверхность теплообмена ^ ' Холодный теплоноситель _ _ Пермеат Разделяемая смесь Газ-носитель Жидкость Мембрана Пар Концентрат Газодувка Пермеат В Конденс

. Для понимания процесса транспорта малых молекул через мембрану необходимо знать его механизм. На сегодняшний день используются два основных способа описания массопереноса в первапорации:

1) модель диффузии-сорбции и

2) модель потока через поры. В литературе также описаны другие модели транспорта через полимерные мембраны. Например, авторами статьи [18] была предложена гибридная теория на основе модели диффузии-сорбции и модели потока через поры, а авторами статьи [19] - модел

. Первапорационная мембрана должна иметь бездефектный активный (разделительный) слой оптимальной толщины для обеспечения наибольшей проницаемости и селективности. В связи с этим, в первапорационных процессах наиболее часто используются композитные или асимметричные полимерные мембраны с верхним непористым слоем. Почти все плоские промышленно выпускаемые первапорационные мембраны являются композитными и состоят из нескольких слоев: 1. непористого полимерного разделительного слоя толщиной до

. При выборе мембранообразующего полимера (или смеси полимеров) для первапорационной мембраны необходимо учитывать следующие факторы:

- физико-химические свойства полимера, температуру стеклования, степень кристалличности, термодинамическое сродство полимера и растворителя и т.п., - морфологию мембраны, толщину и структуру диффузионного слоя, характер и размер пор поддерживающей основы и т.п., - факторы, влияющие на механизм процесса селективного транспорта (межмолекулярные взаимодейст

1.1.5. Способы модификации первапорационных мембран и мембранообразующих полимеров. Модификация полимерных мембран используется для улучшения их транспортных и эксплуатационных характеристик. При этом способы модификации можно условно разделить на физические, в результате которых изменяются физические свойства, и химические, изменяющие химическую структуру отдельных полимеров и полимерных композиций. При этом способы модификации могут быть объемными, изменяющими свойства во всем объеме

Введение наполнителей (цеолитов и солей), как правило, используется для увеличения селективности и потока как в случае разделения водноорганических смесей, так и в случае разделения смесей органических компонентов различных классов. Существующее многообразие коммерчески доступных цеолитов делает этот способ модификации достаточно универсальным. В случае же наполнения мембран неорганическими солями существует опасность выщелачивания добавок при контакте мембраны с разделяемой жидкостью.

. Принято различать гидрофильную и органофильную первапорацию [13, 14]. Органофильную первапорацию подразделяют на гидрофобную и органоселективную. Гидрофильная первапорация является наиболее исследованной и развитой в прикладном отношении, она используется для решения таких задач, как дегидратация органических растворителей (например: изопропилового спирта [35], пиридина [36], уксусной кислоты [37]) и выделение воды из различных водно-органических, в том числе азеотропных, смесей (наприме

. Одной из актуальных технологических задач в химической и смесей нефтехимической промышленности является разделение ароматических и алифатических углеводородов. Это связано с тем, что в ряде случаев образуются так называемые близко кипящие смеси, а также азеотропы, т.к. компоненты смесей обладают близкой летучестью [52]. В литературе имеется несколько обзорных работ, посвященных различным аспектам мембранного разделения, таким как транспорт в полимерных системах [22] и разделение разли

. В литературе широко описано использование гидрофильных полимеров, таких как поливиниловый спирт и его производные [63 - 66], различные производные целлюлозы (в частности, ацетат целлюлозы [67]), полиэтиленоксид [68] и т.д., для разделения смесей ароматических и алифатических углеводородов. углеводороды алифатические. обладают Это связано с тем, что ароматические растворимостью в воде, чем большей Мембраны на основе поливинилового спирта и его производных. Авторы работы [69] рассмотрели в

. В литературе полимеров широко описано применение различных полярных смесей ароматических и алифатических для разделения углеводородов. Наиболее часто используются различные полиакрилаты [45], [82 - 84], полиуретаны [85, 86], полиакрилонитрил [45, 82], а также смеси и композиты на их основе. Применение полярных полимеров связывают с тем, что л:

-электронные облака ароматических молекул, проникающих через мембрану, взаимодействуют с полярными группами полимеров. В результате в ходе пе

. Полиэфиры, механической полиамиды и полиимиды, и обладающие химической высокой прочностью, коррозионной стойкостью, относятся к перспективным видам мембранообразующих материалов. Мембраны на основе полиэфиров. Для разделения смесей ароматических и алифатических углеводородов предложены полимерные мембраны на основе различных полиэфиров и их производных - промышленных полимеров, которые легко подвергаются сшивке. Полиэфиры подходят для разделения смесей углеводородов с различными разм

1.2.4. Использование блочных сополимеров с жесткими и гибкими сегментами для формирования псрвапорационных мембран. В последние годы внимание исследователей, работающих в области первапорационного разделения смесей органических жидкостей, привлекают полимеры, которые содержат в своем составе жесткие (hard) и гибкие (soft) блоки [109 - 115]. Как результат, при формировании непористых пленок данных полимеров происходит микрофазное разделение. В таких материалах гибкие сегменты могут обеспечива

. Метод обращенной газовой хроматографии (ОГХ) в последние годы широко используется для изучения термодинамических свойств смесей полимеров [118, 119]. Особенность метода состоит в том, что исследуемой системой является материал колонки, т.е. решается неподвижной фазы обратная хроматографической классического задача, задаче газохроматографического исследования. При этом, изучая взаимодействие стандартных летучих соединений с исследуемой неподвижной фазой, устанавливают связь между хроматог

. Мембранообразующие полимеры: поливиниловый спирт (ПВС) (Polysciences, ink.; степень омыления 99,7 мол.%, ММ=78-10 ) и полиакриловая кислота (Fluka, ММ=110-10 ) были использованы без дополнительной обработки. Поли-Л^-диметиламиноэтилметакрилат в кватернизованной форме (Dl]=5 дл/г, ММ > 1 ТО синтезирован в ИВС РАН, лаб. №4). Поли(у-бензил-Ь-глютамат) (ПБГ), [r|] = 6,72-10_8-M142, синтезирован в ИВС РАН, лаб. № 9 по методикам [136, 137]) Полиамидоимиды (поли(дифенилоксидамидо-Л^-фенилфталим

.

. Пленочные мембраны толщиной 18-30 мкм формировали методом полива из разбавленных растворов полимеров или их смесей: ПВС, ПВСПАК (растворитель - вода), ПВС-ПДМАЭМ (растворитель - вода), ПБГ (растворитель хлороформ), ПАИ-1-3 (растворитель А^-метил-2- пирролидон), на гладкую плоскую поверхность стеклянной пластины или пленки из целлофана. Навеску полимера определяли, исходя из заданной толщины пленки (/), по формуле: Шмсм6р= Р S / , (7) где р - плотность полимера, г/см ; S - площадь поверхн

. Для приготовления подложек использовали растворы полиамидоимидов с концентрацией 10 масс.%. в Л/-метил-2-пирролидоне. Растворы ПАИ наносили слоем толщиной 200 - 500 мкм на поверхность стеклянной пластины, после выдержки в течении 10 мин при комнатной температуре на воздухе пластину погружали в водную осадительную ванну при комнатной температуре. Экспозицию в ванне в каждом случае продолжали до начала отделения сформовавшейся мембраны от поверхности стекла. Мембрану промывали водой и сушил

. Композиционные мембраны готовили формированием диффузионного слоя из ПБГ на рабочей поверхности микропористой поддерживающей основы из поли(дифенилсульфонамидо-1М-фенилфталимид)а (ПАИ-2). Нанесение проводилось методом полива из 1 масс.% раствора ПБГ в хлороформе. Контроль бездефектности диффузионного слоя проводили вакуумированием мембраны в первапорационной ячейке по сохранению достигнутого уровня вакуума.

. Рентгенофазовый анализ. Рентгеновские исследования пленок ПВС, ПАК и смесей ПВС-ПАК различного состава проводили на установке ДРОН-П (НПО «Буревестник», Россия). Использовали CuKa-излучение (Х=1,54А), фильтрованное Ni фильтром. Измерения проводили в области 29 углов от 10 до 45°. Рентгеновские исследования пленок ПБГ, а также композиционных мембран ПБГ на ПАИ-2 выполняли на установках ДРОН-ЗМ и на настольном дифрактометре ДИФРЕЙ, ЗАО «Научные приборы» (использовали медное СиКа излучение,

2.4. Методика исследования разделительных свойств мембранообразующих полимеров с применением метода обращенной газовой хроматографии. Методом ОГХ были исследованы полимерные неподвижные фазы хроматографических колонок с использованием различных классов органических жидкостей, таких как спирты (метанол, этанол, пропанол, бутанол), эфиры (метилацетат, этилацетат, пропилацетат, бутилацетат), ароматические углеводороды (бензол, толуол, п-ксилол). Эксперимент проводили на хроматографе "

2.4.1. Исследования мембранообразующих полимеров методом обращенной газовой хроматографии. Измерения времен удерживания для толуола и н-гептана и расчет показателей s проводили с использованием газохроматографических колонок с неподвижными фазами из ПВС, ПАК, смесей ПВС-ПАК в соотношениях 80/20 и 50/50 масс.%, ДМАЭМ, а также ПБГ.

. Вакуумная проводили состоящей первапорация. Первапорационные эксперименты (рис.

2) [140], модуля (ячейки на лабораторной из: автономной установке мембранного термостатируемого непроточного типа, изготовленной из нержавеющей стали, снабженной мешалкой для поддержания однородности питающей смеси. Площадь рабочей поверхности мембраны 7,1 см"); приемника для сбора пермеата, охлаждаемого жидким азотом для обеспечения полной конденсации прошедших через мембрану паров; манометра д

. Для определения коэффициентов диффузии чистых компонентов, составляющих разделяемую смесь, использовали аналитический модуль с пламенно-ионизационным детектором, а также программный комплекс визуализации и обработки данных (рис.

3.6.). При пропускании исследуемой органической жидкости через мембрану программно регистрировали кривую 59 диффузии данного вещества через полимер мембраны в координатах интенсивность сигнала детектора (мВ) время (сек.). По уравнению диффузионной кривой с ис

. Рефрактометрический метод. Значение показателя преломления n D для исследуемых смесей жидкостей определяли на рефрактометре "ИРФ-22" при постоянной температуре 25 °С. Для этого были построены калибровочные зависимости показателя преломления для смесей толуол/нгептан заданных составов. Используя калибровочный график, по показателю преломления определяли концентрацию толуола в пермеате. Хроматографический метод. Для определения составов пермеатов, наряду с рефрактометрическим хрома

Из анализа литературы (разделы

1.1.3. и

1.1.4.) следует, что при выборе мембранообразующего полимерного материала для первапорационной мембраны необходимо принимать во внимание множество факторов, среди которых, в первую очередь, учитывать свойства полимеров (температура стеклования и другие физико-химические характеристики), наличие аморфных и кристаллических доменов, термодинамическое сродство полимера и растворителя, морфологические особенности мембраны, толщину и структуру д