А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Формування - мембрана

Формування мембран на підкладках отримують останнім часом все більш широкий розвиток, що пов'язано зі створенням високопродуктивних апаратів для мембранного розділення рідких сумішей. При створенні таких апаратів виникає необхідність їх машинної збирання, що можливо лише при певній міцності мембран.

Після формування мембрани просочуюча речовина видаляють промиванням. Адгезію покриття до підкладки забезпечують за рахунок обробки підкладки різними адгезивами або речовинами, здатними хімічно взаємодіяти як з матеріалом підкладки, так і з матеріалом мембрани.

Для формування мембран товщиною більше 0 4 мм застосовують найпростіші штампи без складкодержателя, що складаються з пуансона /і матриці 2 (фіг. Невеликі складки, які утворюються в початковий період формування, легко розправляються при жорсткому ударі в кінці ходу пуансона. Робоча поверхня гофра при цьому не пошкоджується , так як жорсткий удар сприймається тільки бортом мембрани. Для гофрування мембран з заготовок товщиною 0 4 мм і менше застосовують штампи зі складкодержателямі (фіг. Заготівлю-гурток встановлюють на опорне кільце 4 яке є притиском. Для виходу повітря в пуансоні і матриці передбачені отвори, розташовані в місцях можливого скупчення повітря. при формуванні мембран у вигляді порожніх волокон полімер орієнтується при проходженні розчину через канал отвори фільєри. Незважаючи на те, що після виходу цівки розчину з каналу в ній проходять релаксаційні процеси, одноосьова орієнтація полімеру частково зберігається, що негативно впливає на проникність мембран.

Залежність селек - у тивности R і проникності /мембран від температури відпалу. Якщо для формування мембран використовують кристалізується полімер, то ущільнення поверхневого шару може бути настільки значним, що в ньому проходить часткова кристалізація, яка фіксується рентгенографически. 
Штамп для формування мембран: /- пуансон; 2-матриця; 3-опорне кільце; 4 - пружина; 5 - рукоятка поршня.

У процесі формування мембран летючі компоненти плівкоутворювального розчину майже повністю випаровуються. У разі необхідності досушування мембран може бути проведено після виходу з машини на сушарках будь-якого типу.

Термальний метод формування мембран полягає в термічній желатинизации суміші полімеру і відповідних пластифікаторів, наприклад, полигликолей. Компоненти змішують, розплавляють і охолоджують, отримуючи так звані термальні гелі. При цьому растворяющая здатність пластифікаторів, а отже, і ступінь розчинення полімеру, змінюється зі зміною температури. У міру зниження температури розплаву макромолекули полімеру взаємодіють між собою і утворюють гелеобразную структуру. При цьому в результаті поділу фаз утворюються пори.

Гідравлічний прес для формування мембран: /- насос; 2 - камера; 3 - гарматний затвор; 4 - корпус преса; 5 - всмоктуючий клапан; 6-нагнітальний клапан; 7 - голчастий кр н; S - бачок для масла; S - підстава; 10 - матриця.

Схема руху формователя в трубному каналі. Надалі процес формування мембрани в трубчастому каналі здійснюється аналогічно виготовленню плоских мембран.

Залежність товщини активного шару (бд і підшару (бз від тривалості (т випаровування розчинника. Мокрий (коагуляційний) метод формування мембран, описаний Лоебом і Суріраджаном, стосовно до мембран з ацетатів целюлози, полягає в наступному. Розчин, що складається з ацетату целюлози, розчинника (ацетону і води) і порообразователя (перхлората магнію, іноді форм-аміду) в співвідношенні 22266 7; 10 0 і 1 1% (мас.), Наносять тонким шаром на скляну пластину, підсушують кілька хвилин і потім утворюється плівку разом з пластиною занурюють в холодну воду (близько 0 С), в якій витримують протягом 1 год до відшаровування плівки від пластини. У початковій стадії формування ацетон швидко випаровується з поверхні розчину полімеру і на ній утворюється гелеоб-різний шар, що перешкоджає видаленню розчинника з глибших шарів розчину полімеру. Надалі цей шар перетворюється в активний.

Схема машини з нескінченною стрічкою для отримання мембран методом мокрого формування.

Машини стрічкового типу застосовують при формуванні мембран з розчинів полімерів в труднолетучих розчинниках, особливо якщо необхідно забезпечити порівняно велику тривалість предформованія і в тих випадках, коли формувальний розчин має низьку в'язкість. На відміну від барабанних машин на стрічкових значно простіше - здійснити перепад температур в різних зонах.

Схема машини барабанного типу для отримання мембран методом сухо-мокрого формування. Машини барабанного типу більш зручні для формування мембран з важких рас-творити в легколетких розчинниках. Розчин полімеру філь'єрі 3 (рис. 4.4) наносять на поверхню обертового барабана 2 який занурений в формувальну барку /, залиту осадителем до певного рівня. Змінюючи рівень осадителя в ванні і швидкість обертання барабана, можна регулювати тривалість предформованія і формування.

Для цього в розплав полімеру перед формуванням мембран можуть бути введені невеликі кількості речовин, що мають високу спорідненість до проникаючого компоненту. У цьому випадку неможливо підвищити розділяє здатність мембран. При отриманні мембран у вигляді одноосно орієнтованих систем (порожнистих волокон) необхідно враховувати внесок в процес структуроутворення орієнтації, наведеної в каналі отвори фільєри і подальшого витягування волокна. Зазвичай збільшення орієнтації полімеру призводить до зниження проникності мембран. Однак якщо витягування супроводжується утворенням в мембрані мікротріщин, розмір яких менше довжини вільного пробігу молекул, можливо різке підвищення проникності мембрани внаслідок переходу від дифузійної проникності до фазової (див. гл.

Залежність проникності води (а і хлориду натрію (б від змісту ацетильних груп Сац при 25 С. Однак вважають, що після міцеллооб-рення при формуванні фазоінверсіонних мембран він більшою ступеня є аморфним матеріалом.

При використанні методу спонтанного гелеобразования р[6 ]для формування мембран готують розчин полімеру в суміші розчинника і осадителя, причому розчинник повинен мати вищу пружність парів, ніж осадитель.

Однак в разі иономеров сульфування лінійних полімерів, як правило, проводять до формування мембрани.

Процес виготовлення фільтруючих елементів включає наступні стадії: нанесення формувального розчину, предформованіе, формування мембрани, відмивання мембрани від розчинника, отжиг мембрани. Кожна із зазначених стадій технологічного процесу здійснюється в окремій позиції на багатопозиційному роторі. Поворот ротора на кожні 60 переводить стеклопластіковий каркас в наступну позицію, до якої підключені азот або вода з певною для кожної стадії температурою. Нанесення розчину на внутрішню поверхню каркаса здійснюється за допомогою жорсткого трикулачні формователя з гнучкою механічною тягою. Формователь переміщує попереду себе від низу до верху необхідну порцію формувального розчину, наносячи його тонким шаром на поверхню каркаса.

на численних прикладах показано, як, використовуючи різні прийоми підготовки вихідних розчинів і формування мембран або змінюючи послідовність операцій, тривалість і параметри процесу, можна отримати мембрани різних структур на основі одного і того ж вихідного матеріалу. Велика увага в книзі приділено розгляду полімерів для мембран і полімерних розчинів, природі різних взаємодій в розчині, ролі розчинників і рідин, в яких полімери не розчиняються. Розгляд проводиться з мінімальним використанням математичного апарату, але з залученням величезного експериментального матеріалу і практичних рекомендацій, дуже часто на основі особистого досвіду автора.

Очевидно, за рахунок збільшення, з розумних межах, питомої в'язкості і подальшого відпрацювання режимів формування мембран з ацетатов на основі деревної целюлози можли підвищити міцність цих мембран. При вирішенні цієї проблеми сульфитная деревна целюлоза виробництва Котласского ЦПК може стати кращим оттчеетаенним сировиною для отримання ацетатов целюлози для напівпроникних мембран.

Мембрани виготовляються методом подвійного коагуляционной ванни, при цьому, створення асиметричної структури мембрани грунтується на відмінності процесів фазового розпаду полімерного розчину при формуванні мембран.

Ендотермічна піки плавлення чистої води і води, що знаходиться в мембранах р - 2221 отримані методом ДСК. Вміст води. а - 68%. 6 - 61%. в - 51%. г - чиста вода. | Ендотермічна плівки плавлення води в мембрані з вмістом води 51%, отримані методом ДСК. Використані мембрани показані на рис. 21.7; представлені мікрофотографії зроблені за допомогою електронного мікроскопа з поперечних зрізів мембрани. Умови формування мембран вказані в підписі до малюнка.

Розчин, приготовлений з ацетату целюлози, розчинника (ацетону і води) і агента набухання (перхлората магнію, іноді формамід) в співвідношенні 22266 7; 10 0 і 1 1% (мас.), Поливається тонким шаром на скляну пластину, підсушується протягом декількох хвилин і потім занурюється в холодну воду при температурі близько Про З, де витримується протягом 1 год до відділення плівки від підкладки. За цей час відбувається практично повне формування мембрани. Таким чином, в момент занурення в воду, яка є осадителем для даного розчину, система являє собою желіровать оболонку, всередині якої знаходиться розчин. В момент дотику з водою гель твердне, зберігаючи дуже тонку структуру пір поверхневого шару. Розчин полімеру, що знаходиться всередині оболонки, коагулює повільніше, так як дифузія води крізь поверхневий шар утруднена. При цьому водою вимивається як розчинник, так і порообразователь.

Домінуюче становище займають методи формування мембран з розчинів полімерів. Значне число мембран отримують методом мокрого формування. Цей метод є майже універсальним, так як, варіюючи умови на різних стадіях процесу, можна отримати практично всі типи мембран - від дифузійних до мікрофільтраційних.

Методи отримання полімерних мембран досить різноманітні. Найбільш поширеними з них є: формування мембран з розплавів полімерів; отримання мембран з розчинів полімерів способами сухого, мокрого і сухо-мокрого формування; освіту поліелектролітних комплексів; утворення пор в полімерах за допомогою ядерних частинок і подальшого вилуговування продуктів деструкції полімеру; осадження на пористої підкладці продуктів плазмової полімеризації в тліючому розряді.

Матеріалом для виготовлення мембран є поліефірсульфон. В ході даної роботи визначено оптимальні характеристики процесу формування мембран з поліефірсульфона: концентрація полімеру в розчині - 28%; розчинники - N метилпіролідон і диметилацетамід; добавка в полімерний розчин - гліцерин 10 мас.

залежність відносного з - - трансформаційних змін проникності W (/і відносного тиску першого бульбашки AI (2 поліамідних мікрофільтрів від деформації плівки А /. Викладені в попередніх розділах уявлення та експериментальні дані про процеси, що протікають при отриманні пористих проникних матеріалів з розчинів полімерів, дозволяють запропонувати загальну схему отримання таких структур. Вона поширюється як на отримання мікро - або ультрафільтрів, так і на спосіб формування обратноосмоті-чеських мембран.

Трубчасті мембранні елементи. При розташуванні мембрани зовні трубки можна отримати трубчасті мембранні елементи малих діаметрів, що дозволяє значно збільшити питому поверхню мембран в апараті. Крім того, не потрібні висока точність обробки дренажного каркаса апарату і можливий контроль процесу формування мембрани. Однак ці апарати в порівнянні з апаратами, в яких мембрану розташовують усередині трубки, відрізняються великою матеріаломісткістю ( необхідний корпус, що витримує робочий тиск), поганими гідродинамічними умовами; їх складніше очищати від осаду, а при заміні трубчастих мембранних елементів легко пошкодити селективний шар мембран.

Ці елементи мають більшу щільність укладання, ніж елементи першого типу, так як можуть мати малий діаметр. При цьому не потрібна висока точність діаметра опорної поверхні каркаса і можливий візуальний контроль процесу формування мембрани на поверхні трубки.
 Емпіричний підхід має найбільше практичне застосування. Характеристики та стійкість мембран визначають після проведення і аналізу експериментів - від попередньої підготовки суміші, до формування мембран і визначення їх стійкості до впливів навколишнього середовища.

Кінетика випаровування. Інші дослідники[47], Формуючи мембрани з розчинів ацетату целюлози в оцтової кислоти, отримали іншу залежність - зі збільшенням тривалості предформованія спостерігалося зменшення радіуса пір і відповідно проникності мембран. На зменшення розміру пір і проникності мембран при збільшенні тривалості предформованія вказує і Кестінг[61], Використовуючи дані, отримані при формуванні мембран з розчинів ацетату целюлози в ацетонофор-мамідной суміші.

Проблема підвищення ефективності мембран як конструкцій з полімерних матеріалів і як елементів конструкцій в апараті, звичайно, не вичерпується розглянутими вище підходами. Ця комплексна проблема включає завдання створення полімерних матеріалів заданої структури і властивостей з використанням, наприклад, прийомів хімічної і структурної модифікації полімерів і завдання формування мембран з оптимальними властивостями, наприклад, з оптимальними діалізними характеристиками, ультрафільтраційну властивостями, фізико-механічними характеристиками і бажаної геометричної форми. Рішення таких складних завдань методом проб і помилок утруднено. Останнім часом для експериментального рішення таких задач розроблені підходи, засновані на методах планування експерименту і отримали назву методів оптимізації. Оптимізація здійснюється як пошук найкращого поєднання властивостей мембрани при варіюванні декількох параметрів, таких як молекулярна вага полімеру, зміст різних добавок і режиму формування мембрани.

Основними компонентами плівкоутворюючих розчинів є ацетат целюлози і оцтова кислота. На стадії приготування формувальних розчинів параметрами, визначальними марочний асортимент мембран, є ступінь заміщення ацетату целюлози, його концентрація в розчині і рецептурні особливості, характерні для кожної марки. Формування мембран здійснюють із застосуванням в якості осаджувальної ванни води або водних розчинів оцтової кислоти. Частоту обертання барабана регулюють безступінчатим варіатором. Після занурення розчину, нанесеного на барабан, в осадительную ванну і освіти первинного холодцю плівка відділяється від барабана, її виводять з осаджувальної ванни і направляють на промивку.

Зі сказаного вище видно, що виготовлення ТФЕ методом попереднього формування трубчастих напівпроникних мембран з подальшою установкою на опорну поверхню пористих каркасів - досить складний і трудомісткий процес, що вимагає значних затрат ручної праці, не дивлячись на ряд пристосувань, запропонованих для його механізації. Тому перспективно виготовлення ТФЕ формуванням трубчастої мембрани безпосередньо на опорній поверхні пористого каркаса. У цьому випадку формування мембран може здійснюватися будь-яким з перерахованих вище способів з невеликими доповненнями і змінами. Так, при нанесенні формувального розчину вимоги до підкладки підвищуються не тільки по точності виготовлення опорної поверхні і розміру пір, але і по забезпеченню її міцного з'єднання з мембраною. Крім того, для отримання мембран заданого якості перед нанесенням формувального розчину підкладку і опору просочують твердеющим водорозчинних складом або розчинниками (типу формамід, вода та ін.) Не розчинювальними мембрану в процесі її формування. Підвищуються також вимоги до стабільності якості мембран, так як регенерація каркасів утруднена.

Хочеться звернути увагу читачів на розділ, присвячений фазоінверсіонним мембран. Фазова інверсія в даний час є одним з широко застосовуваних процесів формування бар'єрних шарів, досить різноманітних в технологічному аспекті. Однак цей спосіб формування мембран висвітлений у науковій літературі досить бідно. За цих же міркувань з інтересом сприймається глава про рідких і динамічно утворених мембранах, розділи про використання мембран для зберігання різних продуктів і створення мембранних реакторів.

Цей метод полягає в наступному. Розчин, приготовлений з ацетату целюлози, летючого розчинника (наприклад, ацетону) і пороутворюючих-вателя (формамід), поливається тонким шаром на скляну пластину, підсушується протягом декількох хвилин і потім занурюється в холодну воду, де витримується до відділення плівки від підкладки. За цей час відбувається практично повне формування мембрани. У початковій стадії формування ацетон швидко випаровується з поверхні відлитою плівки і на ній утворюється гелі-образний шар, що перешкоджає випаровуванню розчинника з глибших шарів розчину полімеру. Таким чином, в момент занурення в воду, яка є коагулянтом для даного розчину, система являє собою желіровать оболонку, всередині якої знаходиться розчин. У момент зіткнення з водою гель твердне, зберігаючи дуже тонку структуру пір поверхневого шару. Розчин полімеру, що знаходиться всередині оболонки, коагулює повільніше, так як дифузія води крізь поверхневий шар утруднена. При цьому водою вимивається як розчинник, так і порообразователь.

Він має ГС230 С; інші властивості подібні до властивостей ПС. ні один з цих полімерів не відрізняється хорошою стійкістю до дії розчинників. Вони також розчинні в полярних розчинниках (612): диметилформамиде (ДМФА), діметілацет-Аміда (ДМА) і диметилсульфоксиде (ДМСО), які використовують у відливальних розчинах при мокрому способі формування мембран.

Встановлено, що оптимальним режимом ацетіліроваяля при отримання ацетатов целюлози для напівпроникних мембран є ацетілярованяе із застосуванням бінарного каталізатора HgSO - НС. Мембрани з хо-рошліі вихідними характеристиками можна отримувати з ацетатов як на основі деревної, так і бавовняної целюлози вітчизняного виробництва, Мзмбранц, отримані яз ацетатов на основі бавовняної целюлози мають більш високу механічну міцність, але робочі розчини гірше фільтруються і процес формування мембран менш стійкий, ніж для мембран з ацетатов на основі деревної целюлози. З метою з'ясування причин більш зісокой міцності ацетілцеллюлозние мембран на оснозе бавовняної целюлози була провідати рентгенографические дослідження структури ацетатов целюлози для мембран на основі раздачніх целюлозно. За даними рентгенографічного методу все зразки ацетатов целюлоза в початковому стані мають аморфну структуру, а після термообробки пріобретаеют кристалічну структуру з кристалічною решіткою, аналогічної триацетату целюлози.

При цьому він висловив ряд міркувань щодо механізму поділу. Процеси мембранного розділення детально досліджував Бехгольд[6, 7]на початку двадцятого століття. Заслуга Бехгольда полягає в тому, що він вперше здійснив формування мембран з регулюванням їх характеристик. Оскільки теоретичні основи переробки полімерів в той час ще не були розроблені, підходи до отримання мембран носили в основному емпіричний характер.

Схема апарату з подаєш розділяється розчину. Елементи другого типу є трубки або стрижні з нанесеними на зовнішній поверхні мембранами. З елементів отримують циновку, яку згортають в рулон; кінці рулону заливають герметизирующим компаундом. Схема апарату на Фснове таких елементів представлена на рис. 5.8. i Елементи з мембраною, розташованою на зовнішній поверхні каркаса, мають велику щільність укладання, ніж елементи першого типу, так як можуть мати малий діаметр. В цьому випадку не потрібна висока точність діаметра опорної поверхні каркаса і можливий візуальний контроль процесу формування мембрани на поверхні трубки. В іншому ця конструкція поступається елементам з мембраною, розташованою всередині каркаса.

Залежність швидкості розпаду на фази 8 розчину ацетату целюлози від концентрації полімеру з при отриманні мембран методом спонтанного студнеобразова-ня. Причини цього неважко зрозуміти, виходячи з розглянутих вище загальних закономірностей розпаду на фази розчинів полімерів. Детальне вивчення процесу отримання мембран методом спонтанного студнеобразования було проведено Ельфордом, Манеголдом, Феррі, Грабаря і іншими дослідниками. Посилання на відповідну літературу проведені у вступі. Досить докладно вивчено отримання пористих полімерних структур методом температурного студнеобразования[84, 85], Хоча цей метод і не знайшов широкого поширення при формуванні мембран. Сутність процесу полягає в тому, що розчин полімеру в малолетучих розчиннику, отриманий при температурі вище критичної, охолоджують. При цьому температура системи опускається нижче критичної, система виявляється в області, обмеженою спінодаль, в результаті чого розпадається на фази. Залежно від концентрації полімеру в вихідному розчині характер, що утворюються конденсаційних структур може бути різним. При низьких концентраціях полімеру утворюються сітчасті, а при високих - пористі конденсаційні структури, причому процес їх утворення є багатостадійним. На першій стадії освіти сітчастих структур з метастабільного розчину виділяються коацерватние краплі, які характеризуються підвищеним вмістом полімеру.

Були розроблені способи, що дають можливість частково поліпшити властивості АЦ. Так, підтримка рН в інтервалі між 4 і 6 і температури г 25 С дає можливість експлуатувати мембрани з АЦ протягом 3 - 4 років. При роботі з тисками 3 0 ЛШа проникність знижується в прийнятних межах внаслідок ущільнення мембрани. Була продемонстрована можливість[56]збільшення об'ємного модуля АЦ (а отже, опору його мембран ущільнення) при введенні ненасичених мономерів і освіті поперечних зв'язків цими молекулами in situ після формування мембран.

Проблема підвищення ефективності мембран як конструкцій з полімерних матеріалів і як елементів конструкцій в апараті, звичайно, не вичерпується розглянутими вище підходами. Ця комплексна проблема включає завдання створення полімерних матеріалів заданої структури і властивостей з використанням, наприклад, прийомів хімічної і структурної модифікації полімерів і завдання формування мембран з оптимальними властивостями, наприклад, з оптимальними діалізними характеристиками, ультрафільтраційну властивостями, фізико-механічними характеристиками і бажаної геометричної форми. Рішення таких складних завдань методом проб і помилок утруднено. Останнім часом для експериментального рішення таких задач розроблені підходи, засновані на методах планування експерименту і отримали назву методів оптимізації. Оптимізація здійснюється як пошук найкращого поєднання властивостей мембрани при варіюванні декількох параметрів, таких як молекулярна вага полімеру, зміст різних добавок і режиму формування мембрани.

Ці мембрани використовували в основному для дослідницьких цілей в біології, медицині, фізиці і хімії. Було видано кілька монографій, присвячених ультрафільтрації та ультрафільтрації. В СРСР вийшла книга Товарницького і Глухарева[27], В якій наведено основні відомості з цього питання. У цей час складаються сучасні уявлення про фізико-хімічних основах переробки полімерів. В результаті стає можливим перехід від емпіричного методу отримання мембран до формування мембран з прогнозованими властивостями, розширюється коло полімерів, використовуваних для переробки в мембрани.

Типи сополімерів. Макромолекула характеризується не тільки М і ММР, але і будовою, яке не тотожне хімічною структурою на рівні молекулярних груп. Якщо ступінь зшивання полімеру невисока, він зберігає свою розчинність. При високій щільності поперечно-сшивающих зв'язків утворюється нерозчинна тривимірна сітчаста структура. Коли такі сільносшітие матеріали отримують в результаті термообробки, вони називаються термоот-ження. Полімери, які зберігають свою розчинність і здатність до плавлення, називаються термопластичними. Відомі такі змішані типи полімерів, наприклад в разі розчинних термопластичних смол, що містять ненасичені групи, які можуть утворювати поперечні зв'язку і після формування мембрани - на стадії подальшої обробки.