Введение к работе
Актуальность проблемы. Возросший в последние года интерес к
энергосберегающим и экологически чистым технологиям, а также
успехи химии и переработки полимеров привели на рубеке 70-80-
годов к созданию промышленных газоразделительных мембран. Следует
отметить, что большинство применяемых в настоящее время в
промышленных и оштно-прокышленных масштабах газоразделительных
лембран созданы на основе стеклообразных полимеров. Это, прежде
зсего, связано с тем, что такие стеклообразные полимеры, как
голивинилтриметилсилан (ПВТОС), голи-4-метилпентен-І (ПУЛІ) или
юлифениленоксид (ПФО), обладая хорошими механическими
свойствами, необходимыми для получения высокопроизводительных
иембран, имеют коэффициенты газопроницае?лости на уровне наиболее
проницаемых высокоэластических полимеров н в то Ее время в
іесколько раз превосходят их по селективности разделения.
В настоящее время накоплен обширный экспериментальный іатериал по сорбции и диффузии постоянных и инертных газов в :теклообразных полимерах. Значительно меньше работ по :истематическому изучению параметров переноса и факторов, ілиюших на селективность проницаемости, для таких пенетрантов, :ак сероводород, окислы азота, серы и углерода (так называемых, :ислых газов ), хотя выделение этих еєщєств из различных газовых гатоков, принципиально возможное с помощью полімерних мембран, івляєтся актуальной задачей как с экономической точки зрения, так : с позиций охраны окружающей среда.
Принято считать, что широкий диапазон изменения оэффициентов газопроницаемости полимеров определяется, главным бразом, варьированием их диффузионных свойств. Параметры
г
сорбции, характеризующие термодинамическую составляющую процесс* проницаемости, изменяются для разных полимеров в существеннс долее узких пределах. Однако для веществ * способных проявляй специфические взаимодействия (например, донорно-акцепторные; можно ожидать избирательного возрастания проницаемости, earn какие-либо компоненты разделяемой смеси удается вовлечь в Солєе сильные, специфические взаимодействия с материалом мембраны.
Цель работы. Систематическое исследование сорбции и диффузии кислых газов в стеклообразных полимерных материалах с высоким! коэффициентами газопроницаемости, применяемыми и/или перспективными для создания газоразделительных мембран, изучение специфики взаимодействия молекул пенетранта с полимерно! матрицей.
Научная новизна работы. Впервые проведено систематическое исследование сорбции ряда кислых газов, таких как окислы углерод* и азота, серусодержащие соединения, в стеклообразных полимерах с высокими константами газопроницаемости.
Найдено, что сила специфического взаимодействия моле^ сорбата с полимерной матрицей возрастает в ряду CO^NgCkHgS^Og. Селективность проницаемости кислых газов в изученных полимерах і отличие от постоянных и инертных газов во многом определяете селективностью по коэффициентам растворимости.
Полученные экспериментальные данные позволили впервые с позиций модели двойной сорбции провести сравнительный аналиг сорбционного поведения газов и паров.в стеклообразных полимерах. Найденная экстремальная зависимость параметра лэнгмюровско! адсорбционной емкости от природа сорбата свидетельствует с различии в сорбционном поведении газов и паров
і стеклоооразных полимерах. Для оценки величины неравновесного :вободного объема стеклоооразного полимера следует использовать юрбаты, критическая температура которых оольие температуры жсперимент».
Показано, что введением полярных групп в высокопроницаемый :теклоооразный неполярный полимер удается существенно повысить :оэффициенты проницаемости кислых газов за счет селективного 'величения коэффициента растворимости при неизменном значении :оэффициента диффузии.
'Практическая значимость работы. Кислые газы, такие как кислы углерода, азота, серы и сероводород, являются компонентами азовых потоков многих химических и нефтехимических производств, Еоэтому выявление общих закономерностей переноса специфически ізаимодействувдих газов и, в частности, кислых газов через :олимерные материалы, а также особенностей их сорбционно-Лффузионного поведения по сравнению с неспецифически ізаимодействующими газами, является весьма актуальной задачей шбранного газоразделения.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на остоянно действующем коллоквиуме ВХО им.Д.И.Менделеева Диффузионные явления в полимерах", IV Всесоюзной конференции по ембранным методам разделения смесей (Москва,I987г.), конференции олодах ученых ИНХС АН СССР по проблемам нефтехимии (Москва, 986г. - III премия; 1989г. - грамота ВХО им.Д.И.Менделеева), екдународной конференции по мембранам для газо- и пароразделения Суздаль, 1989г.), Международной конференции по мембранам и ембранным процессам разделения (Торунь, Польша, 1989г.), ехдународном конгрессе по мембранам и мембранным процессам
ПСОМ'90", Чикаго, СМ, 1990г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, список которых приводится в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 3х глав, выводов и списка цитируемой литературы.