|
[На предыдущую главу]
Первапорационные мембраны
В связи с хорошими механическими свойствами, высоким влагопоглощением, достаточной гидролитической устойчивостью ароматических сульфосодержащих ПА представлялось весьма интересным исследовать возможность использования для создания водноселективных первапорационных мембран.
Проведенные исследования показали, что соотношение кислотных фрагментов (ХАИК и ХАТК) в полиамиде заметным образом влияет на первапорационные свойства барьерного слоя мембран. Так, данные рис. 4 [7] свидетельствуют, что транспорт воды через этот слой сложным образом зависит от состава полимера. В частности, при содержании ХАИК a = 50% обнаруживается максимум селективности.
Мембрана из этого сополимера проявляет максимальную селективность для смесей вода-этанол, вода-изопропанол и вода-бутанол при одном и том же содержании воды. Существенно, что проницаемость J w также определяется составом полиамида (рис. 5). Наибольший поток жидкости через мембрану наблюдается для слоя, изготовленного из того же сополимера, для которого обнаруживается и высокая селективность. Иное поведение проявляют барьерные слои из смеси гомополимеров, моделирующих состав сополимеров. При переходе от гомополимера на основе ДАДФАСК-ХАИК к его смесям с гомополимером ДАДФАСК-ХАТК происходит постепенное падение проницаемости.
Наиболее низкая проницаемость обнаружена для барьерного слоя на основе гомополимера ХАТК, что, по-видимому, обусловлено более плотной упаковкой вытянутых полиамидных цепей (структурный эффект пара-положения заместителей в бензольном кольце). Вероятно, в этом случае уменьшается число каналов, проницаемых для воды. Цепи гомополимера ДАДФАСК-ХАИК (мета-положение в кольце) создают более рыхлую упаковку в матрице.
Действительно, если коэффициент селективности для слоев гомополимеров ХАИК и ХАТК практически одинаков ( рис. 4), то различия в проницаемости воды через слои из этих же полимеров весьма заметны (см. рис. 5). Так, J для слоя из ДАДФАСК-ХАИК, имеющего рыхлую упаковку, в 5-6 раз выше, чем для более плотного слоя из ДАДФАСК-ХАТК.
Данные по селективности и проницаемости барьерного слоя, полученного из гомополимера ДАДФАСК-ХАИК с различными противоионами, в первапорационном процессе разделения водно-спиртовых смесей с одним и тем же содержанием воды представлены в табл. 7. Как следует из приведенных данных, с увеличением размера противоиона сульфогруппы селективность переноса молекул воды повышается. Наибольшие эффекты наблюдаются при введении органических катионов (аммониевых солей), а именно, тетраэтиламмония или полиэтиленимина в протонированной форме. Размер органической молекулы растворителя также является важным фактором для селективного переноса молекул воды.
Размеры сечения каналов протекания в жесткой матрице контролируют вхождение молекул различного размера, затрудняя проникновение больших молекул (изопропанол, ацетон, бутанол и др.) в сравнении с молекулами воды [8]. Средний радиус сечения канала, оцениваемый из зависимости lg S от стоксовского радиуса молекул в ряду метанол, этанол и пропанол, можно оценить примерно в 3 Е, поскольку молекулы пропанола, изопропанола и бутанола (2,85-3,3 Е) практически не проникают в эти каналы ( рис. 6).
В ряду изученных спиртов селективность увеличивается при переходе от этанола к изопрапанолу и бутанолу. Поток воды через барьерный слой растет в ряду противоионов: полиэтиленимин < N +(C2H5)4 < Cs+ < K+ < Na+. Важным функциональным свойством первапорационных слоев на основе синтезированных полиамидов является реализация практически одинаковых значений lg S в широком интервале состава водно-органических смесей. Например, в случае изопропанола селективность слоя остается высокой (до 0,4 мол. доли H2O). Это указывает на то, что размеры канала практически не изменяются при увеличении содержании воды в смеси до этого значения (рис. 7).
Увеличение проницаемости J w воды в ряду изопропанол, ацетон, этилацетат обусловлено ослаблением взаимодействия между молекулами Н2О и этими растворителями (рис. 8).
Таким образом, исследования показали высокую первапорационную эффективность разработанных полиамидных систем (селективность и проницаемость) с устойчивостью к воздействию внешних факторов и, особенно, к вариациям концентрации воды в смеси. Проведенные исследования позволили создать композитную первапорационную мембрану, имеющую производительность при разделении смеси ИПС-вода 0,62-0,75 кг/м 2Ч ч (при содержание воды в питающей смеси 12%). Выпущено 250 м мембран, обладающих такими свойствами.
На основе разработанной первапорационной мембраны в АО 'Полимерсинтез' изготовлен демонстрационный модуль для осушки азеотропной смеси вода-изопропанол. Испытания модуля показали высокую эффективность работы мембраны в течении длительного периода.
[На следующую главу] [На Содержание]
Copyright ї
|
|
![](/gif/transp.gif) |