СВОЙСТВА МЕМБРАН И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МЕМБРАНЫ - Полимеры в мембранах

Эффективность или совершенство некоторой полимерной газоразделительной мембраны определяется двумя ее основными свойствами - параметрами: ее селективностью - различие в проницаемостях для различных компонентов смеси - и потоком через мембрану. Последний, часто обозначаемый как скорость проницания или массопереноса, определяется как объем, протекающий через мембрану, на единицу площади в единицу времени при заданном перепаде давления на ней. Принято определять проницаемость в баррерах, 1 баррер=10-10см3(н. у.)*см*см-2*см-1*(см рт. ст.-1). Если в мембранах полностью реализуются свойства полимера, то их селективность близка к величинам для этого полимера.

Дефекты - сквозные поры возникают вследствие несовершенной технологии изготовления мембран или плохих пленкообразующих свойств полимера. Устранение дефектов может быть достигнуто приготовлением композиционных мембран. Такие композиционные мембраны состоят из различных материалов, причем очень селективный мембранный материал наносится в виде тонкого слоя на более или менее пористую подложку. Высокая селективность определяется тонким поверхностным слоем, в то время как пористая структура играет роль только подложки. Для получения этих мембран могут быть использованы различные методики, такие как нанесение покрытия при погружении, плазменная полимеризация, межфазная поликонденсация и т. д. Также возможны другие типы покрытия, когда слой покрытия закупоривает поры в подложке. В этом случае свойства подложки, а не покрывающего слоя определяют проявляемые свойства мембраны. В качестве подложек в композиционных мембранах часто используются ассиметричные мембраны, полученные с помощью инверсии фаз. Диффузионная проницаемость полимерных мембран зависит от коэффициента диффузии проникающего вещества в полимере и от сорбции его полимером. Максимальные значения коэффициентов проницаемости характерны для высокоэластичных гибкоцепных полимеров по мере повышения жесткости цепей и увеличения числа полярных групп проницаемость полимера обычно уменьшается; то же происходит и при сшивании полимеров. Соотношение аморфной и кристаллической фаз и их структура в полимере также влияют (нелинейно) на проницаемость мембран. Обычно уменьшение кристалличности полимера ведет к увеличению проницаемости.

Уменьшить кристалличность можно значительным перегревом расплава (что приводит к исчезновению зародышей кристаллизации, а также регулированием скорости охлаждения расплава). Меньшей кристалличностью характеризуются также разветвленные полимеры (по сравнению с их неразветвлеиными аналогами). Значение фактора проницаемости различных простых газов в большинстве полимеров может различаться только в 2-50 раз и, соответственно, фактор разделения невысок.

В целом, следует еще раз отметить, что высокой селективностью характеризуются жесткие аморфные полимеры, такие как полистирол, ацетаты целлюлозы и др.

Как правило, при выборе мембранного материала основное внимание отводится проницаемости и селективности; без этих двух условий третье (стабильность в работе) не имеет смысла расс-матривать вообще. А после тоге как выбран материал с достаточно высокой проницаемостью и селективностью, вопрос о стабильности мембраны в ходе конкретной эксплуатации становится весьма важным.

Похожие статьи




СВОЙСТВА МЕМБРАН И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МЕМБРАНЫ - Полимеры в мембранах

Предыдущая | Следующая