Газоразделительные мембраны на основе полифениленоксида, модифицированного полипирролом
Диссертация
Материал, представляющий собой макрооднородную композицию ППир и СПФО по своим механическим и транспортным характеристикам не может быть эффективным для мембранного газоразделения. В такой мембране не могут реализоваться положительные качества ее компонентов — высокая селективность ППир и хорошие механические свойства СПФО. Проведенные исследования показали, что максимальную селективность… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Особенности процессов разделения и концентрирования газовых смесей с помощью полимерных мембран (обзор литературы)
- 1. 1. Основы мембранных процессов
- 1. 1. 1. Механизмы транспорта газов в полимерных мембранах
- 1. 1. 2. Транспорт газов через непористые мембраны
- 1. 1. Основы мембранных процессов
- 1. 1. 3. Диффузия газов в непористых полимерных мембранах. Теория свободного объема
- 1. 1. 4. Растворимость газов в полимерных материалах
- 1. 1. 5. Взаимосвязь транспортных’dfooifств и структуры полимера
- 1. 1. 6. Основные способы получения газоразделительных мембран
- 1. 2. Проводящие полимеры как мембранный материал. Полипиррол
- 1. 2. 1. Синтез полипиррола
- 1. 2. 2. Пленки на основе полипиррола
- 1. 2. 3. Газоразделительные мембраны на основе полипиррола
- 1. 2. 4. О возможности создания высокоселективных газоразделительных мембран на основе полипиррола
- 2. 1. Получение композиционных газоразделительных мембран, состоящих из полифениленоксида и полипиррола
- 2. 2. Методика исследования кинетики полимеризации пиррола в матрице СПФО
- 2. 3. Методы исследования структуры и физико-механических свойств мембран
- 2. 4. Особенности методики проведения исследования морфологии поверхности мембран методом атомно-силовой микроскопии
- 3. 1. Сульфонат полифениленоксида
- 3. 2. Гомогенные пленки СПФО
- 3. 3. Мембранные композиционные (СПФО и ППир) материалы
- 3. 3. 1. Макрооднородная мембрана на основе СПФО и ППир
- 3. 3. 2. Двуслойные мембраны, содержащие СПФО и ППир
- 4. 1. Кинетика полимеризации пиррола
- 4. 1. 1. Макрооднородные мембраны
- 4. 1. 2. Двуслойные мембраны
- 4. 2. Сравнительный анализ результатов исследования кинетики полимеризации пиррола в матрице СПФО
- 5. 1. Исследование структуры и морфологических особенностей мембран
- 5. 1. 1. Микроскопический анализ структуры мембран
- 5. 1. 2. Определение плотности мембран на различных этапах их получения
- 5. 1. 3. Влияние условий получения мембран на морфологию их поверхности
- 5. 2. Механические свойства мембран
- 5. 3. Транспортные характеристики мембран
Список литературы
- Тимашев С.Ф. Физикохимия мембранных процессов. М.: Химия — 240с. 1988
- Maier G. Gas separation with polymer membranes. Angew. Chem. Int. Ed., 37,2960−2974(1998)
- Дытнерский Ю.И. Мембранные процессы разделения жидких смесей. М., 1975
- Дубяга В.П., Перепечкин Л. П., Каталевский Е. Е. Полимерные мембраны. Москва «Химия», 1981
- Мулдер М. Введение в мембранную технологию. Москва «Мир», 1999
- Ямпольский Ю.П. Новые полимерные материалы газоразделительных мембран. Высокомолек. соединения, Т.35,№ 1,51−61 (1993)
- Кестинг Р.Е. Синтетические полимерные мембраны. Структурный аспект. М.: Химия, 1991.-336с.
- Шимидзу Т. Мембранные материалы для транспорта молекул, ионов, электронов и фотонов (Обзор). Высокомол. соедин. Г. 36, N. 11, 1912−1922 (1994)
- Ohya Н., Kudryavtsev V.V., Semenova S. I. Polyimide membranes. Tokyo, Kodansha, 1996, pp. 103−110
- Freeman B.D. Basis of Permeability/Selectivity tradeoff relations in polymeric gas separation membranes. Macromolecules, 32,375−386(1999)
- Kawai Т., Lee Y.M., Higouchi A., Kamide K. Separation of gases through porous polymeric membranes. J. Membr. Sci., 126,67−76(1997).
- Chern R.T., Sheu F.R., Jia L., Stannett V. T, Hoppenberg H.B. Transport of gases in unmodified and arylbrominated 2,6-dimethyl-l, 4-poly (phenylene oxide). J. Membr. Sci., 35,103−115(1987)
- Assogna A., Perego G., Roggero A., Sisto R., Valeatini C. Structure and gas permeability of silylaten polyphenilene oxide. J. Membr. Sci., 71,97−103(1992)
- Котенко А. А., Тульский M. H., Амирханов Д. M. Поверхностная газофазная фторидная модификация отечественных полимерных газоразделительных мембран. Новые технологии 21 век. N4,30−33(2000)
- Story В J., Koros W.J. Sorption and transport of CO2 and CH4 in chemically modified poly (phenilele oxide). J. Membr. Sci., 67,191−210(1992)
- Филькенштейн Е.Ш., Беспалова Н. Б., Портных Е. Б., Маковецкий K.JI., Островская И. Я., Шишацкий С. М., Ямпольский Ю. П., Платэ Н. А., Калюжный Н. Э. Синтез и газопроницаемость галогенпроизводных полимеров норборнена. Высокомол. Соедин., Т.25,N.5,489−493(1993)
- Robeson L.M. Correlation of separation factor versus permeability for polimeric membranes. J. Membr. Sci., 62,165−185(1991)
- Robeson L.M., Smith C.D., Langsam M. A group contribution approach to predict permeability and permselectivity of aromatic polymers. J. Membr. Sci., 132,33−54(1997)
- Shishatskii A.M., Yampoi’skii Yu.P., Peinemann K.-V. Effect of film thickness on density and gas permeation of glassy polymers. J. Membr. Sci., 112,275−285 (1996)
- Mi Y. Criteria for synthesizing highly selective membrane materials based on the study of polyimides. International symposium on polymeric materials. Taiwan, 1994, P. 155−156
- Полоцкая Г. А., Андреева Д. В., Ельяшевич Г. К. Исследование диффузии газа через пленки фуллеренсодержащего полифениленоксида. Письма в ЖТФ, Т. 2 5, вып .14,14−19(1999)
- Lundy K.A., Gabasso I. Analysis and construction of multilayer composite membranes for the separation of gas mixtures. Ind. Eng. Chem. Res., 28, 742−756 (1989)
- Resting R. E. The four tiers of structure in integrally skinned phase inversion membranes and their relevance to the various separation regimes. J. Appl. Polym. Sci., V.41, 2739−2752(1990)
- Khulbe К. C., Kruczek В., Chowdhury G., Gagne S., Matsuura T. Surface morphology of homogeneous and asymmetric membranes made from poly (phenylene oxide) by tapping mode atomic force microscope. J. Appl. Polym. Sci., Y.59, 1151−1158(1996)
- Pickup N.L., Shapiro Ja. S., Wong D.K. Extraction of silver by polypyrrole films upon a based-acid treatment. Analytica Chimica Acta, 364, 41−51 (1998)
- Min G. Conducting polymers and their applications in the film industry polyaniline-polyimide blended films. Synth. Met., 102,1163−1166(1999)
- Volotyntsev M.A., Deslouis C., Musiani M.M., Tribollet В., Aoki K. Transport across elecroactive polymer film in contact with media allowing both ionic and electronic interfacial exchange. Electrochimica Acta, N44,2105−2115 (1999)
- Wang H. L., Mattes B. R. Gas transport and sorption in polyaniline thin films. Synth. Met., 102,1333−1334(1999)
- Skotchem T. A., ed., Handbook of conducting polymers, Vols. 1&2, Marcel Dekker, New York, 1986, pp. 5−6.
- De Jesus M. C., Fu Y., Weiss R. A. Conductive polymer blends prepared by in situ polymerization of pyrrole: A Review. Polym. Eng. & Sci., V.37,N12,1936−1943(1997)
- Розова Е. Ю., Полоцкая Г. А., Козлов А. Г., Ельяшевич Г. К., Блега М., Кудела В. Исследование свойств слоев полипиррола на микропористой пленке полиэтилена. Высокомолек. соединения, Серия A, T.40,N6,914−920(1998)
- Walker J.A., Warren L.F., Witucki E.F. New chemically prepared conducting «pyrrole black». J. Polymer Sci.: Part A: Polymer Chem., V26, 1285−1294 (1988)
- Nalva H. S., ed., Handbook of organic conductive molecules and polymers, Vol. 2, John Wiley & sons, New York, 1997, pp. 415−467
- Conklin J. A., Su Т. M., Huang S. C., Kaner R. B. Gas and liquid separation applications of polyaniline membranes. In: Skotheim ТА, editor. New York: Marcel Dekker, Inc., 1986, pp. 945−961
- Joo J., Lee J.K., Lee S.Y., Jang K.S., Oh E.J., Epstain A.J. Physical characterization of electrochemically and chemically synthesized polypyrrole. Macromolecules, 33,5131 -5136(2000)
- Lee Ch., Lee J.Y., Lee H. Solution and solution-cast films of conducting polymers. Synth. Met., 84, 149−150(1997)
- Hepel M. Composite polypyrrole films switchable between the anion- and cation-exchanger states. Elecrtochimica acta, V.41., N1, 63−76 (1996)
- Sak-Bosnar M., Budimir M.V., Kovac S., Kukulj D., Duic L. Chemical and electrochemical characterization of chemically synthesized conducting polypyrrole. J. Polym. Sci.: Part B: Polym. Phys., V.30,1609−1614(1992)
- Верницкая Т. В., Ефимов О. Н. Полипиррол как представитель класса проводящих полимеров (синтез, свойства, приложения). Успехи химии 66 (5), 468−505(1997)
- Omastova M., Kosina S., Skakalova V., Jancula D. Electrochenical preparation of thick porous polypyrrole layers. Synth. Met., 53,227−235(1993)
- Omastova M., Pavlinec Ju., Pionteck Ju., Simon F., Kosina S. Chemical preparation and characterization of conductive poly (methyl methacrylate)/polypyrrole composites. Polymer, V.59, N25, 6559−6566(1998)
- Chao Т.Н., March J. A study of pyrrole synthesized with oxidative transition metal ions. J. Polymer Sci.: Rait A: Polymer Chem., V26, 743−753(1988)
- Bjorklund R.B. Kinetics of pyrrole polymerization in aqueous iron chloride solution. J. Chem. Soc., Faraday Trans. I, 83, 1507−1514(1987)
- Planche M.F., Thieblemont J.C., Mazars N., Bidan G. Kinetic study of pyrrole polymerization with iron (III) chloride in water. J Appl. Polym. Sci., 52, 1867−1877(1994)
- Omastova M., Kosina S., Pionteck J., Janke A., Pavlinec J. Electrical properties and stability of polypyrrole containing conducting polymer composites. Synth. Met., 81,49−57(1996)
- Qian R., Pei Q., Huang Z. The role of H+ ions in the electrochemical polymerization of pyrrole. Macromol. Chem. N192, 1263−1273 (1991)
- Gulsen D., Hacarloglu P., Toppare L., Yilmaz L. Effect of preparation parameters on the performance of conductive composite gas separation membranes. J. Membr. Sci., 182,29−39(2001)
- Sata Т., Funakoshi Т., Akai К. Preparation and transport properties of composite membranes composed of cation exchange membranes and polypyrrole. Macromolecules, 29,4029−4035(1996)
- Sata Т., Yamaguchi Т., Matsusaki K. Preparation and properties of composite membranes composed of anion-exchange membranes and polypyrrole. J. Phys. Chem., 100,1663 3 -16640(1996)
- Avlyanov J. K., Kuhn H. H., Josefowicz J. Y., MacDiarmid A. G. In-situ deposited thin films of polypyrrole: conformational changes induced by variation of dopant and substrate surface. Synth. Met., 84,153−154(1997)
- Kamada K, Kamo J, Motonaga A, Iwasaki T, Hosokawa H. Gas separation properties of conducting polymer/porous media composite membranes I. Polymer J. Y26, N2,141−149(1994)
- Kamada K, Kamo J, Motonaga A, Iwasaki T, Hosokawa H. Gas separation properties of conducting polymer/porous media composite membranes II. Polymer J. V26, N7,833−839(1994)
- Xie H.-Q., Liu Ch.-M., Guo J.-S. Preparation of conductive polypyrrole composites by in-situ polymerization. Polymer Inter., 48,1099−1107(1999)
- Ojio Т., Miyata S. Highly transparent and conducting polypyrrole poly (vinyl alcohol) composite films prepared by gas state polymerization. Polymer J., V.18,N.1,95−98(1986)
- Plank P. V., Wei Y., Dinardo N. J., Vohs J. M. Characterization of highly conducting, ultra-thin polyaniline films produced by evaporative deposition. Chemical Physics Letters, N263,33−38(1996)
- Schlenof J. В., Fong Y. Stoichiometry and kinetics of pyrrole polymerization. Macromolecules, 24, 6791−6793(1991)
- De Jesus M. C., Weiss R. A., Hahn S. F. Synthesis of conductive nanocomposites by selective in-situ polymerization of pyrrole within the lamellar microdomains of a block copolymer. Macromolecules, 31, 2230−2235(1998)
- De Jesus M. C., Weiss R. A., Chen Yu. The development of conductive composite surfaces by a diffusion-limited in-situ polymerization of pyrrole in sulfonated polysterene ionomers. J. Polym. Sci.: Part B: Polym. Phys., V.35,347−357(1997)
- De Jesus M. C., Weiss R. A., Hahn S. F. Synthesis of conductive nanocomposites by selective in-situ polymerization of pyrrole within the lamellar microdomains of a block copolymer. Macromolecules, 31, 2230−2235(1998)
- Omastova M., Lazar M. Combined electrochemical and chemical synthesis of thick polypyrrole layers and their characterization. Polymer Inter., 34,151−156 (1994)
- Omastova M., Lazar M., Kosina S. Oxidative electropolymerization of pyrrole in the presence of pyridinium chlorochromate. J. of elecrtoanalytical chemistry, N36, 169−173(1993)
- Parthasarathy R., Menon Y.P., Martin C.R. Unusual gas-transport selectivity in a partially oxidized form of the conductive polymer polypyrrole. Chem. Mater., 9,560−566(1997)
- Fu Y, Palo D.R., Erkey C., Weiss R.A. Synthesis of conductive polypyrrole/polyurethane foams via a supercritical fluid process. Macromolecules, 3 0,7611 -7613 (1997)
- Berdjanine Z., Rueda D. R., Balta-Calleja F. J. Synthesis and characterization of conductive polypyrrole grown on the sulfonated surface of polyethylene. Polym. Adv. Technol. V.5,344−347(1994)
- Tishechenko G. A., Bleha M., Rozova E. Yu., Elyashevich G. K. Porosity and diffusion permeability of polyethylene membranes modified with polypyrrole. Polymer Sci. Ser. A, V42, N2,230−235(2000)
- Mandal Т.К., Mandal B.M. Interpenetrating polymer network composites of pyrrole and poly (methyl acrylate) or (sterene-co-butyl acrylate) with low percolation thresholds. Synth. Met., 80,83−89(1996)
- Gangopadhyay R., De A. Polypyrrole-ferric oxide conducting nanocomposite I. Synthesis and characterization. European Polymer J., N35,1985−1992(1999)
- Ouyang M., Chan Ch. M. Electrical and mechanical properties of pre-localized polypyrrole/poly (vinyl chloride) conductive composite. Polym. Eng. & Sci., V36, N21(1996)
- Su T.M., Ball I.J., Conkline J.A., Huang Sh.-Ch., Larson R. K., Nguyen S.L., Lew B.M., Kaner R.B. Polyaniline/polyimide blends for pervaporation and gas separation studies. Synth. Met., 84,801−802(1997)
- Chen X. L., Jenekhe S. A., Bipolar conducting polymer: blends of p-type polypyrrole and an n-type ladder polymer. Macromol., V30, N6, 1728−1733(1997)
- Tieke В., Gabriel W. Conducting polypyrrole-polyimide composite films. Polymer, V31,20−22(1990)
- Neoh K.G., Tay B.K., Kang E.T. Oxidation and ion migration during synthesis and degradation of electroactive polymer-nylon 6 composite films. Polymer, V41,9−15(2000)
- Kaynak A. Effect of synthesis parameters on the surface morphology of conducting polypyrrole films. Materials Research Bulletin, V32, N3,271−283 (1997)
- Duchet Ja., Legras R., Demoustier-Champagne S. Chemical synthesis of polypyrrole: structure-properties relationship. Synth. Met., 98,113−122(1998)
- Radhakrishnan S., Saini D. R. Structure and electrical properties of polypyrrole-thermoplastic elastomer blends. Polymer Inter., 34,111−117(1994)
- Kanazawa K. K, Diaz A. F, Geiss R. H, Gill W. D, Kwak J. F, Logan J. A, Rabolt J. F, Street G.B. Organic metals: polypyrrole, a stable synthetic metallic polymer. J.C.S. Chem. Comm., 854−855(1979)
- Wei Y., Tian J., Yang D. A new method for polymerization of pyrrole and derivatives. Macromol. Chem., Rapid Commun., 12,617−623(1991)
- Pashen S., Carrard M., Senior В., Chao F., Costa F., Zuppiroli L. Morphology of a conducting polymer and its relation to the electric properties. Acta Polymeric., 47,511−519(1996)
- Mansouri J., Burford R. P. Characterization of PVDF-polypyrrole composite membranes. Polymer, V38, N24,354−262(1997)
- Toy L.G., Nagai K., Freeman B.D., Pinnau L., He Z., Masuda Teraguchi M., Yampolskii Yu.P. Pure-gas and vapor permeability and sorption properties of polyl -phenyl-2-[p-(trimethyl.phenylene] (PTMSDPA). Macromol, 33,2516−2524(2000)
- Price W. E., Too C.O., Wallace G.G., Zhou D. Development of membrane system based on conducting polymers. Synth. Met., 102,1338−1341 (1999)
- Lei J., Martin Ch. R. Investigation of the chemical interactions between molecular oxygen and pristine (undoped) polypyrrole. Chem. Mater., 7, 578−584(1995)
- Huang R.Y.M., Kim J.J. Synthesis and transport properties of thin-film composite membranes. I/ Synthesis of poly (phenylene oxide) polymer and its sulfonation. J. Appl. Polym. Sci., 29,4017−4027(1984)
- Hamza A., Chowdhury G., Matsuura Т., Sourirajan S. Study of reverse osmosis separation and permeation rate for sulfonated poly (2,6-dimethyl-l, 4-phenylene oxide) membranes of different ion exchange capacities. J. Appl. Polym. Sci., 58, 620−631(1995)
- Полоцкая F. А., Гладченко С. В., Сазанов Ю. Н., Андреева Д. В., Ельяшевич Г. К. Синтез и свойства электропроводящего сополимера полипиррол -полифениленоксид. Высокомол. соед., сер. А, Т.42,№ 1,5−9(2000)
- Andreeva D. V., Pientka Z., Brozoba L., Bleha M., Polotskaya G. A., Elyashevich G. K. Effect of pyrrole polymerization conditions on preparation, structure and gas transport properties of thin polypyrrole films. Thin Solid Films, to be published (2002)
- Андреева Д. В., Полоцкая Г. А., Ельяшевич Г. К. Высокоэффективные мембраны на основе полипиррола для разделения смесей газов. Пятая санкт-петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов, Санкт-Петербург, 14.12. 2000. Тезисы.
- Магонов С. Н. Сканирующая силовая микроскопия полимеров и родственных материалов. Высокомол. Соедин., Серия Б, Т.38, N.1, стр. 143−182(1996)
- Khulbe К. С., Matsuura Т. Characterization of synthetic membranes by Raman spectroscopy, electron spin resonance, and atomic force microscopy- a review. Polymer N41,1917−1935 (2000)
- Breitmaier E., Voelter W. 13-C NMR Spectroscopy methods and applications in organic chemistry. 2d edition, Verlag Chemie, Weiheim-New-York, 1978, p.344
- Беллами Jl. Инфракрасные спектры сложных молекул. Перевод с англ. яз. Изд.2-е, переработанное. М.: Издательство иностр. лит., 1963,590с.
- Полоцкая Г. А., Агранова С. А., Антонова Т. А. Газоразделительная композитная мембрана на основе сульфоната полифениленоксида. Журнал прикладной химии. Т. 70, Вып. 8, 1371−1374(1997)
- CRC Handbook of chemistry and physics: A ready-reference of chemical and physical data. Boca Raton, FL: CRC Press, 1987−1988, P. D-228
- Polotskaya G.A., Agranova S.A., Antonova T.A., Elyashevich G.K. Gas transport and structural features of sulfonated poly (phenylene oxide). J. Appl. Polym. Sci., Vol. 66, 1439−1443(1997)
- Андреева Д.В., Боброва H.B., Полоцкая Г. А., Ельяшевич Г. А. Новые газоразделительные мембраны на основе полипиррола. 3-я международная конференция «Физика и промышленность 2001», Голицыно, Московская область, 14−16 мая 2001 г. Тезисы. Стр. 33
- Андреева Д. В., Боброва Н. В., Лаврентьев В. К., Полоцкая Г. А., Ельяшевич Г. К. Структура, транспортные и механические свойства газоразделительных мембран, содержащих полипиррол. Высокомол. Соед. Сер. А, Т. 44, № 4 (2002)
- Тагер А. В. Физико химия полимеров. М. Госхимиздат, 1963, 528с.
- Miles M.J., Smith W.T., Shapiro J.S. Morphological investigation by atomic force microscopy and light microscopy of electropolymerized polypyrrole films. Polymer, 41, 3349−3356(2000)
- Merle G., Grillet A.C., Allemand J., Lesueur D. Quantitative analysis of surface morphology: characterization of polypyrrole films aging. Polymer Testing, 18,217−229(1999)
- Lemon P., Haigh J. The evolution of nodular polypyrrole morphology during aqueous electrolytic deposition: influence of electrolyte gas discharge. Materials Research Bulletin, V34, N5,665−672(1999)
- Стромберг А.Г., Семченко Д. П. Физическая химия. Под ред. А. Г. Стромберга. 3-е изд., испр. и доп. — М.: Высш. Шк., 1999. — 527с.
- Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. М.: Наука, 1964. -847с.