[На предыдущую главу]

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.

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 следующую главу] [На Содержание]

Copyright ©