мембраны для газоразделения на полимерных подложках

ÕÈÌÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÁËÅÌÛ ÑÎÇÄÀÍÈß ÍÎÂÛÕ ÌÀÒÅÐÈÀËÎÂ È ÒÅÕÍÎËÎÃÈÉ
Ìèíñê 2003
Ä. Ä. Ãðèíøïàí, Ò. À. Ñàâèöêàÿ, Ñ. Ì. Òðåòüÿêîâà,
Í. Ã. Öûãàíêîâà, Ñ. Å. Ìàêàðåâè÷, Â. Â. Òåïëÿêîâ,
Â. Ñ. Õîòèìñêèé, Ä. À. Ñûðöîâà, Ä. Ðóçàðä
ÌÅÌÁÐÀÍÛ ÄËß ÃÀÇÎÐÀÇÄÅËÅÍÈß
ÍÀ ÏÎËÈÌÅÐÍÛÕ ÏÎÄËÎÆÊÀÕ
Ì
åìáðàííàÿ òåõíîëîãèÿ î÷èñòêè è ðàçäåëåíèÿ ãàçîâûõ ñìåñåé â íàñòîÿùåå
âðåìÿ íàõîäèò ïðèìåíåíèå â ðàçëè÷íûõ îáëàñòÿõ õèìè÷åñêîé, íåôòåõèìè÷åñêîé, ôàðìàöåâòè÷åñêîé è ïèùåâîé ïðîìûøëåííîñòè, áèîòåõíîëîãèè.
Ìåìáðàíû íà îñíîâå ñòåêëîîáðàçíûõ ïîëèìåðîâ íàèáîëåå øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ðàçäåëåíèÿ êîìïîíåíòîâ âîçäóõà, óäàëåíèÿ èç ïðèðîäíîãî ãàçà äèîêñèäà óãëåðîäà è âîäÿíûõ ïàðîâ, à òàêæå äëÿ ðåãåíåðàöèè âîäîðîäà èç ïðîìûøëåííûõ âûáðîñîâ. Äëÿ ñîçäàíèÿ ÷èñòîé è ýêîëîãè÷åñêè áåçîïàñíîé òåõíîëîãèè
è âîçîáíîâëåíèÿ ýíåðãîíîñèòåëåé èç ïðèðîäíûõ è ïðîìûøëåííûõ èñòî÷íèêîâ
íåîáõîäèìû ìåìáðàííûå ìåòîäû, ïðèãîäíûå äëÿ ïîëó÷åíèÿ íèçøèõ óãëåâîäîðîäîâ è ëåòó÷èõ îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ èç ãàçîâûõ âûáðîñîâ. Êàê ïðàâèëî, îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ ïðèñóòñòâóþò â ãàçîâîé ñìåñè â âèäå ïðèìåñåé. Ïîýòîìó ìåìáðàíû äîëæíû îáëàäàòü ïðåèìóùåñòâåííîé ïðîíèöàåìîñòüþ äëÿ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé â ñðàâíåíèè ñ íåîðãàíè÷åñêèìè ãàçàìè. Ïðè ýòîì îíè
äîëæíû èìåòü âûñîêóþ õèìè÷åñêóþ óñòîé÷èâîñòü ê îðãàíè÷åñêèì êîìïîíåíòàì ðàçäåëÿåìîé ñìåñè. Ýëàñòè÷íûå ïîëèìåðû ïîäõîäÿò äëÿ äàííîé öåëè, îäíàêî âûáîð òàêèõ ïîëèìåðîâ âåñüìà îãðàíè÷åí. Ìåìáðàíû èç ýëàñòè÷íûõ ïîëèìåðîâ, òàêèõ êàê ïîëèäèìåòèëñèëîêñàí, ïðè ðàçäåëåíèè îðãàíè÷åñêèõ ïàðîâ èìåþò îãðàíè÷åííóþ ñåëåêòèâíîñòü, îáëàäàþò ïëîõèìè ïëåíêîîáðàçóþùèìè è ìåõàíè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè è îãðàíè÷åííîé óñòîé÷èâîñòüþ ê âîçäåéñòâèþ êîíöåíòðèðîâàííûõ ïàðîâ ñìåñè.  äàííîé ðàáîòå ïðåäñòàâëåíû íîâûå
âèäû êîìïîçèòíûõ ìåìáðàí íà îñíîâå ïîëè-1-òðèìåòèëñèëèë-1-ïðîïèíà, íàíåñåííûå íà ðàçëè÷íûå ïîëèìåðíûå ïîäëîæêè, è ðåçóëüòàòû èçó÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ èõ ïðîíèöàåìîñòè ïî îòíîøåíèþ ê CO2 è CH4.
Íîâûé êðåìíèéñîäåðæàùèé ïðåäñòàâèòåëü 1,2-äèçàìåùåííûõ ïîëèàöåòèëåíîâ – ïîëè-1-òðèìåòèëñèëèë-1-ïðîïèí (ÏÒÌÑÏ), ñèíòåçèðîâàííûé Â. Ñ. Õîòèìñêèì ñ ñîòð. [1], õàðàêòåðèçóåòñÿ ðåêîðäíî âûñîêèì óðîâíåì ïðîíèöàåìîñòè, à òàêæå êîýôôèöèåíòîâ äèôôóçèè è ðàñòâîðèìîñòè ãàçîâ [2], ÷òî ñâÿçàíî ñ
áîëüøèì ñâîáîäíûì îáúåìîì ÏÒÌÑÏ (îêîëî 20 %) è, ñëåäîâàòåëüíî, âûñîêîé
ïîðèñòîñòüþ ïëåíîê íà åãî îñíîâå. Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåí ðåëüåô ñåëåêòèâíîé
ïðîíèöàåìîñòè íåêîòîðûõ ãàçîâ ÷åðåç ïëåíêó ÏÒÌÑÏ òîëùèíîé 10 ìêì.
306
Ä. Ä. Ãðèíøïàí, Ò. À. Ñàâèöêàÿ, Ñ. Ì. Òðåòüÿêîâà,
Í. Ã. Öûãàíêîâà, Ñ. Å. Ìàêàðåâè÷, Â. Â. Òåïëÿêîâ, Â. Ñ. Õîòèìñêèé, Ä. À. Ñûðöîâà, Ä. Ðóçàðä
ÐÈÑ. 1. Ðåëüåô ñåëåêòèâíîé ïðîíèöàåìîñòè íåêîòîðûõ
ãàçîâ ÷åðåç ÏÒÌÑÏ-ìåìáðàíó
Ïîëèìåðèçàöèÿ 1-òðèìåòèëñèëèë-1-ïðîïèíà áûëà îñóùåñòâëåíà â ïðèñóòñòâèè êàòàëèòè÷åñêèõ ñèñòåì íà îñíîâå ïåíòàõëîðèäîâ íèîáèÿ è òàíòàëà [2] ïî
ñõåìå:
ìîíîìåð
CH3
|
C]
n[C
|
Si(CH3)3
ïîëèìåð
CH3
|
—[—C C—]n—
|
Si(CH3)3
êàò.
1-òðèìåòèëñèëèë-1-ïðîïèí
ïîëè(1-òðèìåòèëñèëèë-1-ïðîïèí)
 òàáë. 1 ïðåäñòàâëåíû óñëîâèÿ ïîëèìåðèçàöèè è íåêîòîðûå õàðàêòåðèñòèêè îáðàçöîâ ÏÒÌÑÏ, ñèíòåçèðîâàííûõ â Èíñòèòóòå íåôòåõèìè÷åñêîãî ñèíòåçà èì. À. Â. Òîï÷èåâà ÐÀÍ (Ìîñêâà).
Òàáëèöà 1
Óñëîâèÿ ïîëèìåðèçàöèè è ìîëåêóëÿðíûå ñâîéñòâà îáðàçöîâ ÏÒÌÑÏ
Îáðà- Óñëîâèÿ ïîëèìåðèçàöèè
çåö êàòàëèçàòîð ðàñòâîðèòåëü
[h], äë/ã â òîëóîëå, 25 °Ñ
Mw × 10–5 Mn × 10–5
Mw
Mn
Ñîäåðæàíèå
öèñ-çâåíüåâ, %
1AS
NbCl5
òîëóîë
0,5
2,34
1,56
1,50
65
2AS
TaCl5/TIBA
òîëóîë
6,6
24,86
13,66
1,82
50
3AS
NbCl5
òîëóîë
0,9
5,41
3,74
1,45
65
307
ÌÅÌÁÐÀÍÛ ÄËß ÃÀÇÎÐÀÇÄÅËÅÍÈß
ÍÀ ÏÎËÈÌÅÐÍÛÕ ÏÎÄËÎÆÊÀÕ
Ðàñòâîð ïîëèìåðà
Ìåòàëëè÷åñêîå êîëüöî
Ïîäëîæêà
Âðàùàþùèéñÿ ñòîëèê
Öåíòðèôóãà
ÐÈÑ. 2. Ïðèáîð äëÿ íàíåñåíèÿ òîíêîãî ìåìáðàííîãî ñëîÿ íà ïîäëîæêó
Ãàçîïðîíèöàåìûå ìåìáðàíû áûëè ïîëó÷åíû äâóìÿ ñïîñîáàìè:
1) ïóòåì ïîëèâà òùàòåëüíî îòôèëüòðîâàííîãî ðàñòâîðà ÏÒÌÑÏ â òîëóîëå
(ò) èëè õëîðîôîðìå (õ) íà âðàùàþùóþñÿ ïîäëîæêó (â/ñ), íà êîòîðîé ìåìáðàííàÿ ïëåíêà îáðàçîâûâàëàñü â ðåçóëüòàòå ðàñòåêàíèÿ ðàñòâîðà ïî ïîâåðõíîñòè
ïîäëîæêè çà ñ÷åò öåíòðîáåæíûõ ñèë (ñì. ðèñ. 2);
2) ïóòåì íàíåñåíèÿ ïëåíêè ñ ïîìîùüþ ñêðåáêà ñ çàäàííûì çàçîðîì íà ìàòåðèàë ìåìáðàíû-ïîäëîæêè (ñ.).
Ðàñòâîðèòåëü óäàëÿëè âûñóøèâàíèåì ïîëó÷åííûõ êîìïîçèòíûõ ìåìáðàí
íà âîçäóõå â òå÷åíèå 10–12 ÷.
Ìîðôîëîãèÿ ïëåíîê áûëà èçó÷åíà ñ ïîìîùüþ ñêàíèðóþùåé ýëåêòðîííîé
ìèêðîñêîïèè (ÑÝÌ) ñ èñïîëüçîâàíèåì ìèêðîñêîïà JSVU3 (JÅOL, ßïîíèÿ).
Ãàçîâàÿ ïðîíèöàåìîñòü êîìïîçèòíûõ ìåìáðàí èçó÷åíà ìåòîäîì äèôôåðåíöèàëüíîé ïðîíèöàåìîñòè ñ ãàçîõðîìàòîãðàôè÷åñêèì àíàëèçîì âûõîäÿùèõ ãàçîâ ïðè ïàðöèàëüíîì äàâëåíèè 0,1 ÌÏà ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå [3].
Íàèáîëåå ïðèåìëåìûìè äëÿ ïðèãîòîâëåíèÿ ðàñòâîðîâ ÏÒÌÑÏ è èõ ïîñëåäóþùåé ïåðåðàáîòêè â ïëåíî÷íûå ïîêðûòèÿ äëÿ êîìïîçèòíûõ ìåìáðàí îêàçàëèñü òîëóîë è õëîðîôîðì ïî ñëåäóþùèì ïðè÷èíàì: 1) îíè ïðèãîäíû äëÿ ïîëó÷åíèÿ êîíöåíòðèðîâàííûõ ðàñòâîðîâ ïîëèìåðîâ; 2) ëåòó÷è, ÷òî ïîçâîëÿåò
ôîðìîâàòü ïëîñêèå èçîòðîïíûå ïî ñòðóêòóðå ìåìáðàíû ïî ñóõîìó ñïîñîáó (áåç
îñàäèòåëüíîé âàííû); 3) áîëüøèíñòâî èñïîëüçîâàííûõ íàìè ïîëèìåðíûõ ïîäëîæåê îêàçàëèñü õèìè÷åñêè óñòîé÷èâûìè ê äåéñòâèþ ýòèõ ðàñòâîðèòåëåé, ÷òî
ïîçâîëèëî ïîëó÷èòü ïðî÷íûå áåçóñàäî÷íûå ãàçîïðîíèöàåìûå ìåìáðàíû.
 çàâèñèìîñòè îò âèäà ðàñòâîðèòåëÿ, ìîëåêóëÿðíîé ìàññû è ñïîñîáà íàíåñåíèÿ ðàñòâîðîâ ÏÒÌÑÌ íà ïîäëîæêó äëÿ ïîëó÷åíèÿ òîíêèõ (äî 10 ìêì) ìåìáðàí íàìè áûë óñòàíîâëåí ñëåäóþùèé êîíöåíòðàöèîííûé èíòåðâàë äëÿ îáðàçöîâ: 1AS – 5,0 ¸ 10,0 %, 2AS – 0,5 ¸ 1,0 %, 3AS – 3,0 ¸ 3,9 %.
Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðî÷íûõ áåçäåôåêòíûõ áåçóñàäî÷íûõ ìåìáðàí âÿçêèå ðàñòâîðû ÏÒÌÑÏ íàíîñèëè íà ðàçëè÷íûå ïîëèìåðíûå ïîäëîæêè, îòëè÷àþùèåñÿ õèìè÷åñêèì ñîñòàâîì, ôèçè÷åñêîé ñòðóêòóðîé è èñõîäíîé ïîðèñòîñòüþ.  êà÷åñòâå
ïîëèìåðîâ èñïîëüçîâàëè öåëëþëîçó (Ö), ýòèëöåëëþëîçó (ÝÖ), àöåòèëöåëëþëîçó
(ÀÖ), ïîëèàêðèëîíèòðèë (ÏÀÍ), ïîëèñóëüôîí (ÏÑ) è ïîëèàìèä (ÏÀ). Ïîäëîæêè
îòëè÷àëèñü ìåæäó ñîáîé íå òîëüêî âèäîì ïîëèìåðà, íî è ñòðóêòóðîé ìàòåðèàëà
(áóìàãà, òêàíü, ïëåíêà) è ïîðèñòîñòüþ (ïðåäôèëüòð, ìèêðîôèëüòð, óëüòðàôèëüòð).  êà÷åñòâå ïðåäôèëüòðîâ èñïîëüçîâàëè öåëëþëîçíóþ áóìàãó, ïîëîòíî
ïîëèýôèðíîå ôèëüòðîâàëüíîå è âèñêîçíîå ôèëüòðîâàëüíîå, â êà÷åñòâå ìèêðîôè-
308
Ä. Ä. Ãðèíøïàí, Ò. À. Ñàâèöêàÿ, Ñ. Ì. Òðåòüÿêîâà,
Í. Ã. Öûãàíêîâà, Ñ. Å. Ìàêàðåâè÷, Â. Â. Òåïëÿêîâ, Â. Ñ. Õîòèìñêèé, Ä. À. Ñûðöîâà, Ä. Ðóçàðä
ëüòðîâ – ïëåíêè èç ÀÖ è ÏÀ è â êà÷åñòâå óëüòðàôèëüòðîâ – òêàíåâûå óëüòðàôèëüòðû èç ÀÖ, ÝÖ è ÏÀÍ, êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ êîìïîçèòíûìè ìåìáðàíàìè. Èñïîëüçîâàíèå ïðåäôèëüòðîâ íå ïîçâîëèëî ïîëó÷èòü áåçäåôåêòíîå ïîêðûòèå. Íàèáîëåå óäà÷íûìè îêàçàëèñü îáðàçöû ìåìáðàí, ïîëó÷åííûõ ïðè íàíåñåíèè ðàñòâîðîâ ÏÒÌÑÏ íà òêàíè, ïðåäâàðèòåëüíî ïîêðûòûå óëüòðàôèëüòðàöèîííûì ñëîåì
èç ÏÀÍ è ÝÖ, ìèêðîôèëüòðû ÀÖ è ÏÀ. Âèçóàëüíî áûëî îöåíåíî ñðîäñòâî
ÏÒÌÑÏ ê ðàçëè÷íûì ìàòåðèàëàì ïîäëîæêè: ôòîðîïëàñòó (ÏÒÔÝ), ÏÀÍ, ÏÀ,
ÝÖ, ÀÖ, Ö è ñòåêëó. Ïîëó÷åííûé íàìè ðÿä àíòèáàòíî êîððåëèðóåò ñî ñòåïåíüþ
âîäîïîãëîùåíèÿ ìàòåðèàëà ïîäëîæêè:
Âèä ïîäëîæêè:
ÏÒÔÝ > ÏÀÍ > ÏÀ > ÝÖ > ÀÖ > ñòåêëî > Ö
Âîäîïîãëîùåíèå, %: 0 < 1 ¸ 2 < 7 ¸ 8 < 10 ¸ 11 < 10 ¸ 14 < … < 27 ¸ 30
Äàííûå ñêàíèðóþùåé ýëåêòðîííîé ìèêðîñêîïèè ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì,
÷òî ìàêðîñòðóêòóðà ãîòîâûõ ìåìáðàí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñëîæíóþ êîìïîçèöèþ íàïîäîáèå ñýíäâè÷à, â êîòîðîé ñî÷åòàþòñÿ îáëàñòè ðûõëîé è ïëîòíîé
ñòðóêòóðû. Ïðè ýòîì òîëùèíà âåðõíåãî ñêèíîâîãî ñëîÿ ÏÒÌÑÏ èçìåíÿåòñÿ îò
0,5 äî 10 ìêì â çàâèñèìîñòè îò ñïîñîáà ïîëó÷åíèÿ (ðèñ. 3 è 4). Íà ðèñ. 3 è 4
ïðåäñòàâëåíû ÑÝÌ-ôîòîñíèìêè ÏÒÌÑÏ-ìåìáðàíû íà ÏÀÍ- è ÝÖ-ïîäëîæêàõ
ÐÈÑ. 3. ÑÝÌ-ôîòîãðàôèè ÏÒÌÑÏ-ìåìáðàíû íà ÏÀÍ-ïîäëîæêå
ïðè ðàçëè÷íûõ óâåëè÷åíèÿõ
309
ÌÅÌÁÐÀÍÛ ÄËß ÃÀÇÎÐÀÇÄÅËÅÍÈß
ÍÀ ÏÎËÈÌÅÐÍÛÕ ÏÎÄËÎÆÊÀÕ
ïðè ðàçëè÷íûõ óâåëè÷åíèÿõ. Êàê âèäíî èç ðèñóíêîâ, òîëùèíà ìåìáðàííîãî
ñëîÿ ñîñòàâëÿåò 2 è 5 ìêì ñîîòâåòñòâåííî.
 òàáë. 2 ïðåäñòàâëåíû ïàðàìåòðû ïðîèçâîäèòåëüíîñòè Ð è ñåëåêòèâíîñòè
ïëåíîê îáðàçöîâ ÏÒÌÑÏ ïî ïàðå ÑÎ2/ÑÍ4.
Òàáëèöà 2
Õàðàêòåðèñòèêè ãàçîïðîíèöàåìîñòè îáðàçöîâ ìåìáðàí ÏÒÌÑÏ
Îáðàçåö
Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü Ð, ÑåëåêòèâÑïîñîá
Ðàñòâî- Ñïîëèìåðà,
ñì3/ñì2×ñ×ñì ðò. ñò.
íîñòü
Ïîëèìåð
íàíåñåðèòåëü
%
íèÿ
CO2 CH 4
CO2
CH4
õîëîñòîé
6,9 ×10–4
2,7 ×10–4
2,5
1AS
G1
3,8× 10–5
9,5 ×10–6
4,0
2AS
ò
1,0
â/ñ
G1¢
5,2 ×10–6
1,6 ×10–6
3,3
2AS
ò
0,6
â/ñ
G5
8,4× 10–4
4,3 ×10–4
2,0
2AS
ò
0,6
â/ñ
G10
9,4 ×10–5
6,8 ×10–5
1,4
2AS
ò
0,5
â/ñ
G26
8,6× 10–4
10,6 ×10–4
1,2
2AS
õ
0,5
ñ.
G28
3,1× 10–4
2,1 ×10–4
1,5
2AS
õ
0,5
ñ.
G29
19,7× 10–5
4,9 ×10–5
4,0
2AS
õ
0,5
ñ.
G30
23,8×10–5
4,2×10–5
5,7
2AS
õ
0,5
â/ñ
G31
24,9× 10–5
8,9 ×10–5
2,8
2AS
õ
0,5
â/ñ
G32
8,6× 10–5
1,2 ×10–5
6,9
2AS
õ
0,5
â/ñ
G36
1,1× 10–3
3,5 ×10–4
3,1
1AS
ò
10,0
â/ñ
G37
1,9× 10–2
5,7 ×10–3
3,3
1AS
ò
10,0
ñ.
G38
7,3 ×10–5
6,1 ×10–6
12,0
3AS
ò
3,9
ñ.
G39
2,4×10–3
2,5 ×10–4
9,6
3AS
ò
3,9
ñ.
G41
2,7 ×10–2
3,2 ×10–3
8,4
3AS
ò
3,9
ñ.
G44
7,1 ×10–4
8,8×10–5
8,1
3AS
ò
3,5
ñ.
G45
1,4 ×10–4
1,4 ×10–5
10
3AS
ò
3,5
â/ñ
G59
9,4× 10–5
1,7 ×10–5
5,6
1AS
ò
5,0
â/ñ
Âèä
ïîäëîæêè
áåç
ïîäëîæêè
ÏÀÍ íà òêàíè
óëüòðàôèëüòð
ÏÀÍ íà òêàíè
óëüòðàôèëüòð
ÀÖ-ìèêðîôèëüòð
ÏÀÍ íà òêàíè
óëüòðàôèëüòð
ÝÖ íà òêàíè
óëüòðàôèëüòð
ÏÀ-ìèêðîôèëüòð
ÏÀÍ íà òêàíè
óëüòðàôèëüòð
ÏÀ-ìèêðîôèëüòð
ÏÀÍ íà òêàíè
óëüòðàôèëüòð
ÏÀÍ íà òêàíè
óëüòðàôèëüòð
ÝÖ íà òêàíè
óëüòðàôèëüòð
ÀÖ-ìèêðîôèëüòð
ÏÀÍ íà òêàíè
óëüòðàôèëüòð
ÝÖ íà òêàíè
óëüòðàôèëüòð
ÀÖ-ìèêðîôèëüòð
ÏÀÍ íà òêàíè
óëüòðàôèëüòð
ÝÖ íà òêàíè
óëüòðàôèëüòð
ÏÀÍ íà òêàíè
óëüòðàôèëüòð
310
Ä. Ä. Ãðèíøïàí, Ò. À. Ñàâèöêàÿ, Ñ. Ì. Òðåòüÿêîâà,
Í. Ã. Öûãàíêîâà, Ñ. Å. Ìàêàðåâè÷, Â. Â. Òåïëÿêîâ, Â. Ñ. Õîòèìñêèé, Ä. À. Ñûðöîâà, Ä. Ðóçàðä
ÐÈÑ. 4. ÑÝÌ-ôîòîãðàôèè ÏÒÌÑÏ-ìåìáðàíû íà ÝÖ-ïîäëîæêå
ïðè ðàçëè÷íûõ óâåëè÷åíèÿõ
Êàê ñëåäóåò èç äàííûõ òàáë. 1, îáðàçöû ÏÒÌÑÏ, èñïîëüçîâàííûå äëÿ ñîçäàíèÿ ñåëåêòèâíîãî ñëîÿ ìåìáðàí, ðàçëè÷àëèñü ñîäåðæàíèåì öèñ-çâåíüåâ â
îñíîâíîé öåïè è ìîëåêóëÿðíîé ìàññîé. Ðåçóëüòàòû, ïðåäñòàâëåííûå â òàáë. 2,
óêàçûâàþò íà òî, ÷òî ïðè áëèçêèõ çíà÷åíèÿõ ìîëåêóëÿðíîé ìàññû (îáðàçöû
2AS è 3AS) áîëåå ñåëåêòèâíûå ìåìáðàíû ïîëó÷àþòñÿ íà îñíîâå îáðàçöà 3AS,
ñîäåðæàùåãî áîëüøåå êîëè÷åñòâî öèñ-çâåíüåâ. Ýòî ìîæíî ñâÿçàòü ñ îáðàçîâàíèåì áîëåå ïëîòíîé ñòðóêòóðû ñåëåêòèâíîãî ñëîÿ â ñëó÷àå ïðåîáëàäàþùåé öèñ-êîíôèãóðàöèè îñíîâíîé öåïè, êîòîðàÿ îáåñïå÷èâàåò âîçìîæíîñòü
áîëåå ïëîòíîé óïàêîâêè ìàêðîìîëåêóë ïðè ôîðìèðîâàíèè íàäìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû. Ñîïîñòàâëåíèå ðàçäåëèòåëüíûõ õàðàêòåðèñòèê ìåìáðàí, ïîëó÷åííûõ íà îñíîâå îáðàçöà 3AS íàíåñåíèåì åãî ðàñòâîðà íà ðàçëè÷íûå ïîäëîæêè, ñâèäåòåëüñòâóåò, î òîì ÷òî íàèáîëåå ñåëåêòèâíûå ãàçîðàçäåëèòåëüíûå ìåìáðàíû ïîëó÷àþòñÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå ïîäëîæåê êîìïîçèòíûõ ìåìáðàí ñ àêòèâíûì ñëîåì èç ÏÀÍ è ÝÖ. Íàïðèìåð, äëÿ îáðàçöîâ
G38 è G45 ñåëåêòèâíîñòü ðàçäåëåíèÿ CO2 îò ÑÍ4 ñîñòàâëÿåò 12 è 10 ñîîòâåòñòâåííî. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, èñïîëüçîâàíèå â êà÷åñòâå ïîäëîæêè ìèêðîôèëüòðà íà îñíîâå ÀÖ (G41) ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ïðîèçâîäèòåëüíîñòü ìåìáðàí íà
ïîðÿäîê. Êðîìå òîãî, äëÿ ïîëó÷åííûõ êîìïîçèòíûõ ìåìáðàí â îòëè÷èå îò
áåçïîäëîæå÷íûõ îáðàçöîâ (õîëîñòîé îïûò) îòñóòñòâóåò óñàäêà, ÷òî çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èâàåò ñðîê èõ ñëóæáû.
Ïðè íèçêîé êîíöåíòðàöèè èñõîäíîãî ðàñòâîðà ñïîñîá íàíåñåíèÿ ïðàêòè÷åñêè íå âëèÿåò íà ïðîíèöàåìîñòü ìåìáðàí ïî îòíîøåíèþ ê êîìïîíåíòàì
ãàçîâîé ñìåñè. Òàê, ìåìáðàíû, ïîëó÷åííûå èç 0,5 % ðàñòâîðà ïîëèìåðà 2AS
ïîñðåäñòâîì åãî íàíåñåíèÿ íà ÏÀÍ òêàíåâûé óëüòðàôèëüòð (G10 è G29),
èìåþò ïðîíèöàåìîñòü, õàðàêòåðèçóþùóþñÿ âåëè÷èíîé îäíîãî ïîðÿäêà.
Ñïîñîá íàíåñåíèÿ âëèÿåò íà âåëè÷èíó ïðîíèöàåìîñòè òîëüêî ïðè âûñîêîé
êîíöåíòðàöèè èñõîäíîãî ðàñòâîðà. Ïðè ýòîì îáðàçöû ãàçîñåëåêòèâíûõ ìåìáðàí, ïîëó÷åííûå íàíåñåíèåì ðàñòâîðà íà ïîâåðõíîñòü ïîäëîæêè ñ ïîìîùüþ ñêðåáêà, èìåþò áóëüøóþ ïðîíèöàåìîñòü, ÷åì ïîëó÷åííûå íà âðàùàþùåìñÿ ñòîëèêå (ñì. òàáë. 2; îáðàçöû G36 è G37, G39 è G45), íåçàâèñèìî îò
ìàòåðèàëà ïîäëîæêè. Åñëè ðàññìàòðèâàòü âëèÿíèå ðàñòâîðèòåëÿ (îáðàçöû
311
ÌÅÌÁÐÀÍÛ ÄËß ÃÀÇÎÐÀÇÄÅËÅÍÈß
ÍÀ ÏÎËÈÌÅÐÍÛÕ ÏÎÄËÎÆÊÀÕ
G10 è G32), òî ìîæíî îòìåòèòü òåíäåíöèþ ê óâåëè÷åíèþ ñåëåêòèâíîñòè ïðè
èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå ðàñòâîðèòåëÿ õëîðîôîðìà.
Òàêèì îáðàçîì, ïðèìåíåíèå êîìïîçèòíûõ ìåìáðàí-ïîäëîæåê ïîçâîëèëî
ñîçäàòü íîâûå ãàçîðàçäåëèòåëüíûå ìåìáðàíû íà îñíîâå ïîëè-1-òðèìåòèëñèëèë-1-ïðîïèíà ñ òîíêèì ïîâåðõíîñòíûì ñëîåì, êîòîðûå îáëàäàþò âñëåäñòâèå ýòîãî õîðîøèìè òðàíñïîðòíûìè è ðàçäåëèòåëüíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè
è îòëè÷àþòñÿ îò áåçïîäëîæå÷íûõ ìåìáðàí íà îñíîâå ýòîãî ïîëèìåðà âûñîêîé ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íîñòüþ è îòñóòñòâèåì óñàäêè â ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèè. Íàèëó÷øèå õàðàêòåðèñòèêè ïî ðàçäåëåíèþ ãàçîâîé ñìåñè ÑÎ2–ÑÍ4
èìåþò êîìïîçèòíûå ìåìáðàíû íà ïîäëîæêàõ ÏÀÍ è ÝÖ, à ïî ïðîèçâîäèòåëüíîñòè – íà ïîäëîæêå ÀÖ.
Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ôèíàíñîâîé ïîääåðæêå ìåæäóíàðîäíîãî ôîíäà
ÈÍÒÀÑ.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
1.
2.
3.
Õîòèìñêèé Â. Ñ., ×èðêîâà Ì. Â., Ëèòâèíîâà Å. Ã. è äð. // Âûñîêîìîëåêóë. ñîåä.:
À. 2001. Ò. 43, ¹ 6. Ñ. 949.
Pate N. A., Bokarev A. K., Kaliuzhnyi N. E. at al. // J. Membr. Sci. 1991.Vol. 60, ¹ 1.
P. 13.
Khotimsky V. S., Roizard D., Kim T-J., Teplyakov V. V. // Book of abstract ICOM-2002.
Toulouse, 2002. P. 62.