Создание асимметричных мембран в виде полых волокон из полиэфирсульфона методом двойной коагуляционной ванны

Научная литература / Создание асимметричных мембран в виде полых волокон из полиэфирсульфона методом двойной коагуляционной ванны
Страница 4

Возможность создания асимметрии структуры мембраны определяется термодинамикой распада полимерного раствора при добавлении осадителя.

На рис.4 приведена зависимость свободной энергии Гибса полимерного раствора от состава. На рисунке отрезки МА и ВN соответствуют метастабильному, а область составов АВ – нестабильному состоянию полимерного раствора.

Таким образом при данной температуре все составы между точками А и Б не могут существовать в виде гомогенного полимерного раствора и последний распадается на две жидкости, одна из которых обогащена полимером (N), а другая – растворителем (точка M). После процедуры отмывки растворителя, фаза обогащенная растворителем образует поры, а фаза обогащенная полимером – жесткий каркас, то есть непрерывную фазу с очень мелкими порами.

Соответственно, если в массе полимерного раствора создать области с различной концентрацией полимера, то, при фазовом разложении, полимерный раствор распадется минимум на 4 фазы разного состава, чем и достигается асимметрия.

Гомогенный полимерный раствор формируется в виде полого волокна . Наружная поверхность раствора контактирует с осадителем обеспечивающим запаздывающий тип расслоения. В результате в наружном слое образуется фаза с повышенной концентрацией полимера (на границе раздела раствор – осадитель). В слое полимерного раствора, расположенном сразу под наружным, также наблюдается увеличение концентрации полимера.

Внутренняя поверхность полимерного раствора контактирует с осадителем, обеспечивающим мгновенный распад раствора. В результате, раствор с внутренней стороны распадается на две равновесные фазы: фаза, обедненная полимером (образует крупные поры), и фаза более богатая полимером (образует структуру подложки мембраны).

После кратковременного контакта полимерного раствора с “мягким” осадителем, раствор помещают в “жесткий” осадитель (как правило второй осадитель соответствует внутреннему осадителю), где происходит фазовое разделение полимерного раствора и окончательное закрепление структуры мембраны.

В результате структуру полученной мембраны можно описать следующим образом:

1. с наружной поверхности – тонкий непористый слой. Толщина слоя зависит от времени контакта раствора с осадителем и составляет один или менее микрометра;

2. с внутренней поверхности – пористый слой, толщина которого сравнима с толщиной стенки волокна;

3. слой с промежуточной структурой, расположенный непосредственно под плотным слоем. Как правило, структура этого слоя является закрытоячеистой, а его толщина сравнима с толщиной плотного слоя.

Время запаздывания для различных осадителей, при прочих равных условиях, может отличаться более чем в тысячу раз. Время контакта должно быть меньше, чем время запаздывания, чтобы формовался только тонкий слой с повышенной концентрацией полимера, но не происходил фазовый распад полимерного раствора.

Можно отметить некоторые наиболее важные аспекты применения осадителей:

1. Плотность первого осадителя должна быть ниже чем второго.

2. Проницаемость осадителя из второй ванны в первую, должна позволять замедленное расслоение в первой ванне.

3. Значительное содержание первого осадителя во второй ванне не должно мешать мгновенному распаду во второй ванне.

Из всего вышеизложенного следует вывод о важности выбора осадителей и определении оптимального времени пребывания полимерного раствора в первом осадителе.

Данные о времени запаздывания для разных комбинаций осадителей и раствотителей, а также коэффициенты диффузии растворителя в осадитель (D0NМП/ NS) и осадителя в растворитель (D0NS/NМП) приведены в таблице 4 [3,13].

Как видно из таб.4, осадители с тремя или более углеродными атомами имеют значительное время запаздывания и могут использоваться как первые осадители.

Различие коэффициентов диффузии осадителей в растворитель не имеет принципиального значения, так как диффузия происходит не в чистый растворитель, а в полимерный раствор высокой вязкости.

Обратный коэффициент диффузии (D0NМП/ NS) более важен, так как минимальная скорость обмена растворителя на осадитель определяется минимальным значением коэффициента D0NМП/ NS. При низкой скорости обмена (малое значение D0NМП/ NS ) проходит относительно длинный период времени для удаления растворителя в количестве, достаточном для расслоения.

Практическое создание асимметричной мембраны получило название “метод двойной коагуляционной ванны”.

Литература.

1. Дытнерский Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. – М.: Химия. 1975. 232с.

2. Кестинг

3. van’t Hof J. Wet spinning of asymmetric hollow fibre membranes for gas separation: Thesis. University of Twente, Enschede. 1988. 144p.

4. Stephen A. Membrane Separation in Biotechnology. Ed. by W.C. McGregor. 1986. P. 161 – 200.

5. R.B. Bird, W.E. Stewart, E.N. Lightfood, Transport Phenomena, Wiley International Edition, John Wiley&Sons, New York, 1969, p. 744.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7

Смотрите также

Очистка газообразных промышленных выбросов
...

Синтез хлорида олова (IV)
В этой работе рассмотрены свойства хлорида олова (IV), методы синтеза и применение. Хлорид олова (IV) – вещество, необходимое  в неорганическом синтезе; в данный момент в  лаборатории отсу ...

Синтез диэтилового эфира малоновой кислоты. Свойства и основные методы получения сложных эфиров
...