Метод жидкофазного фторирования полимеров как способ увеличения селективности разделения O2/N2

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе проведена односторонняя модификация гомогенных полимерных пленок из поливинилтриметилсилана (ПВТМС), поли(2,6-диметилфениленоксида-1,4) (ПФО) и полибензодиоксана (PIM-1) методом жидкофазного фторирования фтор-азотной смесью в перфтордекалине. Время фторирования составляло от 10 до 60 мин. Для образцов ПФО методом рентгенофазового анализа показано, что исходные образцы включают, помимо аморфной, β-нанокристаллическую фазу (48%) и установлено, что фторирование не оказывает существенного влияния на степень кристалличности исследуемых пленок. Изучено влияние времени фторирования на эффективные коэффициенты проницаемости, диффузии и растворимости кислорода и азота. Установлено, что модификация приводит к снижению как эффективных коэффициентов диффузии, так и эффективных коэффициентов растворимости газов, при этом результирующий рост селективности проницаемости составил от 30% для ПВТМС до увеличения в 2 раза в случае ПФО и PIM-1. Установлено, что такое улучшение показателей по селективности проницаемости достигается преимущественно за счет увеличения селективности растворимости. Получены значения эффективных коэффициентов проницаемости газов для смеси O2/N2. Найдено, что достигнутые значения факторов разделения для модифицированных образцов близки к идеальной селективности пленок. Полученные результаты демонстрируют возможности эффективного применения данного метода не только для модификации гомогенных полимерных пленок исследуемых полимеров, но и мембран с селективным непористым слоем на их основе.

Об авторах

Д. А. Сырцова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени
Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: syrtsova@ips.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский просп., 29

А. Ю. Алентьев

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени
Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский просп., 29

С. В. Чирков

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени
Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский просп., 29

Д. А. Безгин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени
Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский просп., 29

Р. Ю. Никифоров

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени
Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский просп., 29

И. С. Левин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени
Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский просп., 29

Н. А. Белов

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени
Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинский просп., 29

Список литературы

  1. Membrane technology and applications // Richard W. Baker. 3rd ed. 1. Membranes (Technology) 583 p.
  2. Chong K.C., Lai O., Thiam S., Teoh C., Heng L. // J. Engineering Science and Technology. 2016. V. 11. № 7. P. 1016.
  3. Thomas S., Pinnau I., Du N., Guiver M.D. // J. Membrane Science. 2009. V. 333(1–2). P. 125.
  4. https://www.separel.com/en/about/.
  5. https://www.generon.com/product_type/membrane-modules/.
  6. https://www.parker.com/Literature/Hiross%20Zander %20Division/PDF%20Files/PIS/K3.1.333_Technology_ overview_membrane_modules_for_nitrogen_and_oxygen_systems_EN.pdf.
  7. https://www.membrane-separation.com/en/nitrogen-generation-with-sepuran-n2/product-overview.
  8. https://www.ube.com/contents/en/chemical/separation/n2_separator.html.
  9. https://www.biogeneral.com/teflon-af/.
  10. http://www.airproducts.ru/supply-modes/prism-membranes.
  11. Pinnau I., Koros W.J. // J. Appl. Polym. Sci. 1991. V. 43. P. 1491.
  12. Shishatskiy S., Nistor C., Popa M., Pereira Nunes S., Peinemann K.V. // Adv. Eng. Mater. 2006. V. 8. № 5. P. 390.
  13. Zhang Y., Musselman I.H., Ferraris J.P., Balkus K.J., Jr. // J. Membrane. Sci. 2008. V. 313. P. 170.
  14. Budd P.M., McKeown N.B., Ghanem B.S., Msayib K.J., Fritsch D., Starannikova L., Belov N., Sanfirova O., Yampolskii Y., Shantarovich V. // J. Membrane. Sci. 2008. V. 325. P. 851.
  15. Lopez C., Wilkes G.L., Stricklen P.M., White S.A. // J. Macromolecular Science, Part C. 1992. P. 301.
  16. Тепляков В.В., Дургарьян С.Г. // Высокомолекулярные соединения. 1984. Т. 26. № 7. С. 1498.
  17. Wright T., Paul D.R. // J. Appl. Polym. Sci. 1998. V. 67. P. 875.
  18. Polotskaya G.A., Agranova S.A., Gazdina N.V., Kuznetsov Yu.P., Nesterov V.V. // J. Appl. Polymer Science. 1996. V. 62. P. 2215.
  19. Song K.W., Ka K.R., Kim C.K. // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2010. V. 49. P. 6587.
  20. Tong H., Hu C., Yang S., Ma Y., Guo H., Fan L. // Polymer. 2015. V. 69. P. 138.
  21. Luo S., Liu Q., Zhang B., Wiegand J.R., Freeman B.D., Guo R. // J. Membrane Sci. 2015. V. 480. P. 20.
  22. Sterescu D.M., Stamatialis D.F., Mendes E., Kruse J., Ra1tzke K., Faupel F., Wessling M. // Macromolecules. 2007. V. 40. P. 5400.
  23. Singh-Ghosal A., Koros W.J. // J. Membrane Sci. 2000. V. 174. P. 177.
  24. Pinnau I., Koros W.J. // Ind. Eng. Chem. Res. 1991. P. 30.
  25. Niwa M., Kawakami H., Nagaoka S., Kanamori T., Shinbo T. // J. Membrane Sci. 2000. V. 17. P. 253.
  26. Chung T.S., Teoh S.K., Hu X. // J. Membrane Sci. 1997. V. 133. P. 161.
  27. Pesek S.C., Koros W.J. // J. Membrane Sci. 1993. V. 81. P. 71.
  28. Ismail A.F., Dunkin I.R., Gallivan S.L., Shilton S.J. // Polymer. 1999. V. 40. P. 6499.
  29. Zarshenas K., Raisi A., Aroujalian A. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 19760.
  30. Lin X., Chen J., Xu J. // J. Membrane Sci. 1994. V. 90(1–2). P. 81.
  31. Matsuyama H., Teramoto M., Hirai K. // J. Membrane Sci. 1995. V. 99(2). P. 139.
  32. .Borisov S., Khotimskiy V.S., Rebrov A.I., Rykov S.V., Slovetskiy D.I., Pashunin Yu.M. // J. Membrane Sci. 1997. V. 125. P. 319.
  33. Tressaud A., Durand E., Labrugère C., Kharitonov A.P., Kharitonova L.N. // J. Fluorine Chemistry. 2007. V. 128(4). P. 378.
  34. Susanta B. Handbook of Specialty Fluorinated Polymers: Preparation, Properties, and Application // Elsevier Inc. 2015. 329 p.
  35. Peyroux J., Duboi M., Tomasella E., Batisse N., Kharitonov A.P., Flahaut D., Romana L., Thomas F. // Surface & Coatings Technology. 2016. V. 292. P. 144.
  36. Le Roux J.D., Paul D.R., Kampa J., Lagow R.J. // J. Membrane Science. 1994. V. 90(1–2). P. 21.
  37. Kharitonov A.P., Kharitonova L.N. // Pure Appl. Chem. 2009. V. 81. № 3. P. 451.
  38. Le Roux J.D., Paul D.R., Arendt M.F., Yuan Y., Cabasso I. // J. Membrane Sci. 1994. V. (1–2). P. 37.
  39. Kharitonov A.P., Moskvin Yu.L., Teplyakov V.V., Le Roux J.D. // J. Fluorine Chemistry. 1999. V. 93. P. 129.
  40. Langsam M. // Patent CA 1320804 C. 1993.
  41. Le Roux J.D., Teplyakov V.V., Paul D.R. // J. Membrane Sci. 1994. V. 90. P. 55.
  42. Langsam M., Anand M., Karwacki E.J. // Gas Separation and Purification. 1988. V. 2(4). P. 162.
  43. Kharitonov P., Taege R., Ferrier G., Teplyakov V.V., Syrtsova D.A., Koops G.-H. // J. Fluorine Chem. 2005. V. 126(2). P. 251.
  44. Сырцова Д.А. Автореферат диссертации на соискание степени к. х. н. 2001.
  45. Srobel M., Corn S., Lyons C.S., Korba G.A. // J. Polym. Sci.: Part A: Polymer Chem. 1987. V. 25. P. 1295.
  46. Das P.S., Adhikari B., Maiti S. // Macromleculare Chemie. 1991. V. 188. P. 27.
  47. Blinov I.A., Mukhortov D.A., Yampolskii Yu.P., Belov N.A., Alentiev A.Yu., Chirkov S.V., Bondarenko G.N., Kostina Yu.V., Legkov S.A., Perepuchov A.M., Kambur M.P., Kambur P.S., Kapustin V.V., Vozniuk O.N., Kurapova E.S. // J. Fluorine Chemistry. 2020. V. 234. P. 109526.
  48. Ma X., Li K., Zhu Zh., Dong H., Lv J., Wang Y., Pinnau I., Li J., Chen B., Han Y. // J. Mater. Chem. A. 2021. V. 9. P. 18 313.
  49. Fuoco A., Satilmis B., Uyar T., Monteleone M., Esposito E., Muzzi C., Tocci E., Longo M., Santo M, Lanč M., Friess K, Vopička O., Izak P., Jansen J. // J. Membrane Sci. 2019. V. 594. P. 117460.
  50. Belov N.A., Pashkevich D.S., Alentiev A.Y., Tressaud A. // Membranes. 2021. V. 11(9). P. 713.
  51. Wojdyr M. // J. Appl. Crystallogr. 2010. V. 43(5). P. 1126.
  52. Alentiev A.Yu., Levin I.S., Buzin M.I., Belov N.A., Nikiforov R.Yu., Chirkov S.V., Blagodatskikh I.V., Kechekyan A.S., Kechekyan P.A., Bekeshev V.G., Ryzhikh V.E., Yampolskii Yu.P // Polymer. 2021. V. 226. P. 123804.
  53. Nagendra B., Cozzolino A., Daniel C., Rizzo P., Guerra G., De Rosa C., D’Alterio M., Tarallo O., Nuzzo A. // Macromolecules. 2019. V. 52. P. 9646.
  54. Ruland W. // Acta Crystallographica. 1961. V. 14(11). P. 1180.
  55. Безгин Д.А., Никифоров Р.Ю., Белов Н.А., Миленин С., Ямпольский Ю.П., Музафаров А.М. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. V. 11. № 1. P. 3.
  56. Sievert A.C., Tong W.R., Nappa M.J. // J. Fluorine Chemistry. 1991. V. 53(3). P. 397.
  57. Белов Н.А., Блинов И.А., Суворов А.В., Никифоров Р.Ю., Чирков С.В., Алентьев А.Ю., Камбур М.П., Костина Ю.В., Левин И.С., Шапагин А.В., Ямпольский Ю.П. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. № 2. С. 127.
  58. Назаров В.Г. // Рос. хим. журн. 2006. Т. 50. С. 77.
  59. Харитонов А.П. // Изв. Рос. Акад. наук. Энергетика. 2008. № 2. С. 149.
  60. Peyroux J., Dubois M., Tomasella E., Petit E., Flahaut D. // Appl. Surf. Sci. 2014. V. 315. P. 426.
  61. Starannikova L.E., Alentiev A.Yu., Nikiforov R.Yu., Ponomarev I.I., Blagodatskikh I.V., Nikolaev A.Yu., Shantarovich V.P., Yampolskii Yu.P. // Polymer. 2021. V. 212. P. 123 371.
  62. Schultz J., Peinemann K.V. // J. Membrane Science. 1996. V. 110. № 1. P. 37.
  63. Sridhar S., Veerapur R.S., Patil M.B., Gudasi K.B., Aminabhavi T.M. // J. Appl. Polymer Sci. 2007. V. 106. № 3. P. 1585.
  64. Donohue M.D., Minhas B.S., Lee S.Y. // J. Membrane Sci. 1989. V. 42. № 3. P. 197.
  65. Yeom C.K., Lee S.H., Lee J.M. // J. Appl. Polymer Science. 2000. V. 78. № 1. P. 179.
  66. Falbo F., Tasselli F., Brunetti A., Drioli E., Barbieri G. // J. Chemical Engineering. 2014. V. 31. P. 4.
  67. Robeson L.M. // J. Membrane. Sci. 2008. V. 320(1–2), 390.
  68. Comesana-Gandara B., Chen J., Bezzu C.G., Carta M., Rose I., Ferrari M.-C., Esposito E., Fuoco A., Jansen J.C., McKeown N.B. // Energy Environ. Sci. 2019. V. 12. P. 2733.

Дополнительные файлы


© Д.А. Сырцова, А.Ю. Алентьев, С.В. Чирков, Д.А. Безгин, Р.Ю. Никифоров, И.С. Левин, Н.А. Белов, 2023