|
|
[ На предыдущую главу]
2. Используемые методики и определяемые параметры
В работе [1] было показано, что наилучшие результаты при модификации фтором достигаются на мембранах Серагель, Гравитон, полисульфон (ПС). В настоящей работе мы более подробно рассмотрим влияние на свойства этих мембран и динамику их изменения основных параметров модификации (парциальное давление фтора, тип разбавителя и степень разбавления, условия предварительной подготовки образца и условий его постмодификационной обработки/выдержки, температуры).
Следует подчеркнуть, что в настоящей работе использовался для модификации фтор, подвергнутый только первичной очистке конденсацией непосредственно после получения, содержащий 4% (об.) фтористого водорода ('технический' фтор). Такой подход основан на том, что большинство российских предприятий, тем или иным способом связанных с производством и использованием фтора (в том числе для производства полимеров), являющиеся одним из потенциальных мест промышленного внедрения рассматриваемого метода модификации, производят и применяют именно технический фтор.
Исследования проводились на специальной установке по изучению газопроницаемости полимерных газоразделительных мембран, позволяющей работать с агрессивными фтористыми газами [2]. На большинстве образцов определялся идеальный коэффициент проницаемости (Р) шести, представляющих практический интерес, газов: CO2, N2, O2, He, H2, CH4 (в дальнейшем - тестировочные газы). Определение коэффициентов проницаемости газов проводилось по кинетическим зависимостям давления проникшего газа от времени проницания вакуумным методом [3].
Модификация всех образцов мембран проводилась по следующей стандартной методике:
- помещение образца мембраны в проточную газоразделительную ячейку и определение его исходной проницаемости;
- напуск модифицирующей смеси и экспозиция образца в течение заданного времени при выбранных параметрах модификации (состав модифицирующей смеси, давление, температура);
- постмодификационная выдержка образца;
- определение полученных идеальных коэффициентов проницаемости.
Перед напуском модифицирующей смеси и по завершении обработки система вакуумировалась форвакуумным насосом и угольной ловушкой, охлаждаемой жидким азотом.
В качестве критериев степени модификации мембран в настоящей работе использовались следующие параметры:
- Толщина образованного на поверхности мембраны модифицированного слоя (d
F), рассчитанная на основании кинетических уравнений, полученных методом кинетической интерференционной спектроскопии (КИС) (по методике, описанной в работах [4, 5]).
- Удельная толщина модифицированного слоя (d
F/d
). Эта характеристика более корректна при сравнении мембран различных типов, так как толщина образцов мембран различна.
Время обработки при некоторых постоянных условиях (t
).
Оценка эффективности модификации проводилась на основании анализа изменения значений идеального коэффициента проницаемости и идеального коэффициента разделения (a
) представляющих наибольший практический интерес пар газов: N2/ O2, H2/CH4, He/N2, CO2/CH4. Эти характеристики являются базовыми характеристиками любой полимерной газоразделительной мембраны. Однако, они не позволяют однозначно оценить эффективность применения мембраны для разделения конкретной пары газов, не позволяют провести корректное сравнение мембран с существенно отличающимися свойствами. Поэтому для всех тестировочных пар газов была рассчитана функция выбора (fВ), отражающая совокупные 'эксплуатационные' свойства мембраны при разделении газовых смесей [2].
Функция выбора ( fВ) выражается следующим образом:
f В. = 1 / (р *
a
) (1),
где р = Р *
A ,
где A = 1 *
10-8 - множитель, имеющий размерность [1/Р], формально вводимый для того, чтобы функция выбора была безразмерной величиной.
Из формулы 1 понятно, что при сравнении двух мембран более эффективной (обладающей лучшими 'эксплуатационными' свойствами) для разделения конкретной пары газов будет та, у которой значение функции выбора меньше. Необходимо иметь в виду, что применение термина 'эксплуатационные свойства' условно и не совсем корректно, так как функция выбора характеризует только эффективность разделения газовых смесей в идеальных условиях и никак не характеризует другие эксплуатационные свойства мембраны (химическая устойчивость, ресурс работы и др.).
Следует особо отметить, что все вышеприведенные характеристики относятся ко всей мембране в целом и не дают представления о вкладе в полученный результат собственно модифицированного слоя. Соответствующие расчеты проницаемости и селективности образованного фторированного слоя были проведены и будут приведены в отдельной статье.
[ На следующую главу] [На Содержание]
Copyright ї
|
|
|
