RU2414953C1 - Method of producing composite membranes with fullerene-containing polymer selective layer - Google Patents
Method of producing composite membranes with fullerene-containing polymer selective layer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2414953C1 RU2414953C1 RU2009127219/04A RU2009127219A RU2414953C1 RU 2414953 C1 RU2414953 C1 RU 2414953C1 RU 2009127219/04 A RU2009127219/04 A RU 2009127219/04A RU 2009127219 A RU2009127219 A RU 2009127219A RU 2414953 C1 RU2414953 C1 RU 2414953C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fullerene
- membrane
- microporous substrate
- selective layer
- layer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений и предназначено для получения композитных полимерных первапорационных мембран, представляющих собой многослойное, содержащее по крайней мере два слоя изделие. Такие мембраны могут быть использованы в химической, нефтехимической, фармацевтической и других отраслях промышленности, где необходимо разделять смеси органических жидкостей, содержащие алифатические спирты, простые и сложные эфиры, углеводороды (алифатические, олефины, ароматические, циклоалифатические и другие) [М.Мулдер. Введение в мембранную технологию. М.: Мир, 1999, 513 с.]. Одним из способов повышения эффективности полимерных материалов является их модификация наночастицами (цеолит, графит, активированный уголь и т.д.). Фуллерены открывают широкие возможности для совершенствования мембранных свойств полимерных материалов.The invention relates to the chemistry of macromolecular compounds and is intended to produce composite polymer pervaporation membranes, representing a multilayer product containing at least two layers. Such membranes can be used in chemical, petrochemical, pharmaceutical and other industries where it is necessary to separate mixtures of organic liquids containing aliphatic alcohols, ethers and esters, hydrocarbons (aliphatic, olefins, aromatic, cycloaliphatic and others) [M. Mulder. Introduction to membrane technology. M.: Mir, 1999, 513 p.]. One way to increase the efficiency of polymeric materials is to modify them with nanoparticles (zeolite, graphite, activated carbon, etc.). Fullerenes offer great opportunities for improving the membrane properties of polymeric materials.
Среди первых композитов, исследованных в качестве мембран был фуллеренсодержащий полистирол [Г.А.Полоцкая и др. Исследование твердофазных композиций полистирол-фуллерен. Ж. Техн. Физики. 2002. Т.72. Вып.1. С.105-109]. Диспергирование в матрице полистирола до 2 мас.% фуллерена С60 увеличивает селективность разделения смеси кислород/азот при некотором уменьшении проницаемости мембран по сравнению с немодифицированным полимером. Асимметричные пористые мембраны из полифениленоксида, содержащего до 10% фуллерена С60, оказались эффективными в процессах ультрафильтрационной очистки воды от эстрогенных примесей [X. Jin, J.Y. Ни, M.L. Tint, S.L. Ong, Y. Biryulin and G. Polotskaya. Estrogenic compounds removal by fullerene-containing membranes. Desalination. 2007. V.214 (1-3). P. 83-90]. Добавки фуллерена ускоряли адсорбцию эстрогенов у обеспечивали их высокое задержание мембраной при фильтрации.Among the first composites studied as membranes was fullerene-containing polystyrene [G.A. Polotskaya et al. Study of solid-phase polystyrene-fullerene compositions. J. Tech. Physicists. 2002.V. 72. Issue 1. S.105-109]. Dispersion in a polystyrene matrix up to 2 wt.% Fullerene C 60 increases the selectivity of the separation of the oxygen / nitrogen mixture with a slight decrease in membrane permeability compared to unmodified polymer. Asymmetric porous polyphenylene oxide membranes containing up to 10% C 60 fullerene proved to be effective in ultrafiltration water purification from estrogenic impurities [X. Jin, JY Ni, ML Tint, SL Ong, Y. Biryulin and G. Polotskaya. Estrogenic compounds removal by fullerene-containing membranes. Desalination. 2007. V.214 (1-3). P. 83-90]. Supplements of fullerene accelerated the absorption of estrogens and ensured their high retention by the membrane during filtration.
В литературе имеется сравнительно большое число публикаций, касающихся получения и использования композитных мембран. В патенте [US 5723639; 03.03.1998] " Esteriflcation of fermentation-derived acids via pervaporation" для первапорационного разделения продуктов этерификации ферментативно полученных кислот используются два типа мембран на основе гидрофильных и гидрофобных полимеров. В качестве гидрофильных используются промышленные мембраны GFT PerVap 1001 or 1005, GFT PerVap 2001, состоящие из селективного слоя поливинилового спирта на пористой подложке из полиэфира или полиакрилонитрила, а также мембрана TexSep 1B, состоящая из непористого слоя поливинилового спирта на пористой подложке, устойчивой к органическим кислотам. В качестве гидрофобных используется мембрана GFT PerVap 1170, состоящая из селективного слоя на основе кремнийорганического каучука, нанесенного на микропористую целлюлозную подложку. Другие примеры гидрофобных соединений, используемых в качестве селективных слоев, включают сополимеры стирола и производные стирола, полиэфирамиды и политриметилсилилпропин. Лучшие результаты в процессе выделения сложных эфиров из четырехкомпонентных равновесных смесей реакции этерификации показала мембрана GFT PerVap 1170.In the literature there is a relatively large number of publications relating to the preparation and use of composite membranes. In the patent [US 5723639; 03.03.1998] "Esteriflcation of fermentation-derived acids via pervaporation" two types of membranes based on hydrophilic and hydrophobic polymers are used for pervaporation separation of esterification products of enzymatically obtained acids. As hydrophilic, industrial membranes GFT PerVap 1001 or 1005, GFT PerVap 2001, consisting of a selective layer of polyvinyl alcohol on a porous substrate made of polyester or polyacrylonitrile, as well as a TexSep 1B membrane, consisting of a non-porous layer of polyvinyl alcohol on a porous substrate resistant to organic acids, are used . As hydrophobic, a GFT PerVap 1170 membrane is used, consisting of a selective layer based on organosilicon rubber deposited on a microporous cellulose substrate. Other examples of hydrophobic compounds used as selective layers include styrene copolymers and styrene derivatives, polyetheramides and polytrimethylsilylpropine. The best results in the process of separation of esters from four-component equilibrium mixtures of the esterification reaction were shown by the GFT PerVap 1170 membrane.
Существенным недостатком этой композитной мембраны, согласно приведенным примерам, является низкая производительность, что не позволяет данному процессу конкурировать с уже известными методами получения сложных эфиров. Необходимо отметить, что среди полимерных материалов, использованных в композитных мембранах для данного процесса, не был приведен полифениленоксид.A significant disadvantage of this composite membrane, according to the above examples, is the low productivity, which does not allow this process to compete with the already known methods for producing esters. It should be noted that among the polymeric materials used in the composite membranes for this process, polyphenylene oxide was not given.
Наиболее близким является способ получения композитных полимерных первапорационных мембран [RU 2129910, 05.03.1997], включающий приготовление асимметричной микропористой подложки с последующим формованием на скин-слое подложки селективного диффузионного полимерного слоя. При этом асимметричную микропористую подложку получают методом мокрого формования при нанесении раствора полиамида в апротонном полярном растворителе слоем на гладкую поверхность инертного материала с последующим погружением в осадительную ванну. На поверхности скин-слоя полученной подложки формируют диффузионный слой из поли-H-N,N,N,N-триметилметакрилоилоксиэтил аммониевой соли при нанесении водного раствора полимера на скин-слой микропористой подложки с последующей сушкой.The closest is the method for producing composite polymer pervaporation membranes [RU 2129910, 03/05/1997], which includes the preparation of an asymmetric microporous substrate with subsequent formation of a selective diffusion polymer layer on the skin of the substrate. In this case, an asymmetric microporous substrate is obtained by wet molding by applying a solution of polyamide in an aprotic polar solvent with a layer on a smooth surface of an inert material, followed by immersion in a precipitation bath. On the surface of the skin layer of the obtained substrate, a diffusion layer of poly-H-N, N, N, N-trimethylmethacryloyloxyethyl ammonium salt is formed by applying an aqueous polymer solution to the skin layer of the microporous substrate, followed by drying.
Существенным недостатком этого способа является необходимость дополнительной стадии, включающей приготовление микропористой подложки, что увеличивает временные и энергетические затраты, а также создает дополнительные экологические проблемы, в связи с использованием вредных химических реагентов при получении подложки. Полученная этим способом мембрана не может быть использована для выделения сложных эфиров, так как является гидрофильной, как и большинство известных композитных мембран.A significant drawback of this method is the need for an additional step, including the preparation of a microporous substrate, which increases the time and energy costs, and also creates additional environmental problems in connection with the use of harmful chemicals in the preparation of the substrate. The membrane obtained by this method cannot be used to isolate esters, since it is hydrophilic, like most known composite membranes.
Технической задачей и технологическим результатом предлагаемого способа является создание композитной мембраны с улучшенными транспортными свойствами (селективность и проницаемость) для выделения эфиров в гибридном процессе получения алкилацетатов. Разработанный способ получения композитной мембраны позволит сделать более технологичной процедуру получения мембран, исключающую использование вредных химических реагентов для приготовления подложки, а также получить мембраны, которые характеризуются высокой проницаемостью и хорошей селективностью выделения сложных эфиров в процессе первапорации. Кроме того, использование в качестве подложки промышленно выпускаемой мембраны из сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом на лавсановой основе значительно снизит себестоимость композитной мембраны.The technical task and the technological result of the proposed method is to create a composite membrane with improved transport properties (selectivity and permeability) for the allocation of esters in a hybrid process for the production of alkyl acetates. The developed method for producing a composite membrane will make it possible to make a more technologically advanced procedure for producing membranes, eliminating the use of harmful chemicals for the preparation of the substrate, as well as to obtain membranes that are characterized by high permeability and good selectivity for the separation of esters during pervaporation. In addition, the use of a commercially available membrane from a copolymer of vinylidene fluoride with tetrafluoroethylene on a lavsan basis as a substrate will significantly reduce the cost of the composite membrane.
Это достигается разработкой способа получения композитных мембран с фуллеренсодержащим полимерным селективным слоем для выделения эфиров в гибридном процессе получения алкилацетатов, включающим формование селективного диффузионного полимерного слоя на микропористой подложке, причем в качестве микропористой подложки используют микрофильтрационную мембрану из сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом на лавсановой основе, селективный слой толщиной 6-8 мкм из смеси полифениленоксида и фуллерена С60 формируют путем нанесения 2 мас.%-ного раствора этой смеси в хлороформе на поверхность микропористой подложки с последующей сушкой.This is achieved by the development of a method for producing composite membranes with a fullerene-containing polymer selective layer for the separation of esters in a hybrid process for the production of alkyl acetates, including the formation of a selective diffusion polymer layer on a microporous substrate, and a microfiltration membrane from a vinylidene fluoride copolymer with lavsan tetrafluoroethylene is used as a microporous substrate 6-8 microns thick from a mixture of polyphenylene oxide and fullerene C 60 is formed by applying 2 wt.% - a solution of this mixture in chloroform on the surface of the microporous substrate, followed by drying.
Способ характеризуется тем, что используют смесь полифениленоксида и фуллерена С60, содержащую 0,5-2 мас.% С60, полученную при смешении растворов полифениленоксида в хлороформе и фуллерена С60 в толуоле с последующей ультразвуковой обработкой.The method is characterized in that a mixture of polyphenylene oxide and fullerene C 60 is used , containing 0.5-2 wt.% C 60 obtained by mixing solutions of polyphenylene oxide in chloroform and fullerene C 60 in toluene, followed by ultrasonic treatment.
Способ поясняется примерами его осуществления. The method is illustrated by examples of its implementation.
Пример 1. Композитную мембрану с поверхностным слоем толщиной 6-8 мкм получали поливом 2 мас.% смеси поли-2,6-диметил-1,4-фениленоксида (98 мас.%) и фуллерена (2 мас.%) в растворе хлороформа и толуола на пористую фторпластовую подложку, закрепленную в металлической форме. Избыток раствора сливали, мембрану сушили при 40°С до постоянного веса. Смесь поли-2,6-диметил-1,4-фениленоксида и фуллерена С60 получена при смешении 5% раствора поли-2,6-диметил-1,4-фениленоксида в хлороформе и 0.1% раствора фуллерена С60 в толуоле с последующей ультразвуковой обработкой. Характеризацию транспортных свойств композитной мембраны, состоящей из селективного слоя смеси поли-2,6-диметил-1,4-фениленоксида (98 мас.%) и фуллерена (2 мас.%) на фторпластовой подложке осуществляли в процессе первапорационного разделения равновесной смеси реакции этерификации: 16,2 мас.% этанола 7,8 мас.% воды, 57,1 мас.% этилацетата, 18,8 мас.%уксусной кислоты. Проницаемость мембраны при температуре 20°С составляла 0,84 кг/м2·час, содержание этилацетата в исходной смеси и пермеате (продукт, прошедший через мембрану) составляло 57,1 мас.% и 85,1 мас.%, соответственно (табл., обр.2).Example 1. A composite membrane with a surface layer of a thickness of 6-8 μm was obtained by watering a 2 wt.% Mixture of poly-2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide (98 wt.%) And fullerene (2 wt.%) In a solution of chloroform and toluene on a porous fluoroplastic substrate fixed in a metal form. The excess solution was poured, the membrane was dried at 40 ° C to constant weight. A mixture of poly-2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide and fullerene C 60 was obtained by mixing a 5% solution of poly-2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide in chloroform and a 0.1% solution of fullerene C 60 in toluene, followed by ultrasonic treatment. The transport properties of the composite membrane, which consisted of a selective layer of a mixture of poly-2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide (98 wt.%) And fullerene (2 wt.%) On a fluoroplastic substrate, were characterized during pervaporation separation of the equilibrium mixture of the esterification reaction : 16.2 wt.% Ethanol 7.8 wt.% Water, 57.1 wt.% Ethyl acetate, 18.8 wt.% Acetic acid. The permeability of the membrane at a temperature of 20 ° C was 0.84 kg / m 2 · h, the content of ethyl acetate in the initial mixture and permeate (product passing through the membrane) was 57.1 wt.% And 85.1 wt.%, Respectively (table ., Sample 2).
Пример 2. Способ получения и характеризация транспортных свойств аналогичен описанному в примере 1. В качестве селективного слоя использовали смесь поли-2,6-диметил-1,4-фениленоксида (99,5 мас.%) и фуллерена (0.5 мас.%).Example 2. The method of obtaining and characterizing the transport properties is similar to that described in example 1. As a selective layer, a mixture of poly-2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide (99.5 wt.%) And fullerene (0.5 wt.%) Was used. .
Мембрана характеризуется проницаемостью 0,62 кг/м2·час, содержание этилацетата в пермеате составило 83 мас.%. (табл., обр.1).The membrane is characterized by a permeability of 0.62 kg / m 2 · hour, the content of ethyl acetate in the permeate was 83 wt.%. (tab., sample 1).
Пример 3. Способ получения и характеризации транспортных свойств аналогичен описанному в примере 1. В качестве селективного слоя использовали смесь поли-2,6-диметил-1,4-фениленоксида (97 мас.%) и фуллерена (3 мас.%).Example 3. The method of obtaining and characterizing the transport properties is similar to that described in example 1. As a selective layer, a mixture of poly-2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide (97 wt.%) And fullerene (3 wt.%) Was used.
Мембрана характеризуется проницаемостью 0,90 кг/м2·час, содержание этилацетата в пермеате составило 71,9 мас.%. (табл., обр. 3).The membrane is characterized by a permeability of 0.90 kg / m 2 · hour, the content of ethyl acetate in the permeate was 71.9 wt.%. (tab., sample 3).
Выход за рамки заявленных интервальных параметров (примеры 1, 2) приводит к ухудшению реализации заявляемого изобретения, что подтверждает правильность выбранных операций, режимов и параметров. Новый способ получения композитной мембраны позволяет сделать более технологичной процедуру получения мембран, исключающую использование вредных химических реагентов для приготовления подложки. Использованный подход позволяет получить мембраны, которые характеризуются высокой проницаемостью и хорошей селективностью выделения сложных эфиров в процессе первапорации. Кроме того, использование в качестве подложки промышленно выпускаемой мембраны, состоящей из сополимера винилиденфторида с тетрафторэтиленом на лавсановой основе, значительно снизит себестоимость композитной мембраны.Going beyond the stated interval parameters (examples 1, 2) leads to a deterioration in the implementation of the claimed invention, which confirms the correctness of the selected operations, modes and parameters. A new method for producing a composite membrane allows one to make a more technologically advanced procedure for producing membranes, eliminating the use of harmful chemicals for the preparation of the substrate. The approach used allows one to obtain membranes that are characterized by high permeability and good selectivity for the ester release during pervaporation. In addition, the use of a commercially available membrane as a substrate, consisting of a copolymer of vinylidene fluoride with lavsan based tetrafluoroethylene, will significantly reduce the cost of the composite membrane.
Таким образом, разработанный способ получения композитной мембраны позволяет получить новый тип мембраны с селективным слоем из нанокомпозита фуллерен-полифениленоксид на фторпластовой подложке, обладающий хорошими транспортными (мембранными) характеристиками.Thus, the developed method for producing a composite membrane allows one to obtain a new type of membrane with a selective layer of fullerene-polyphenylene oxide nanocomposite on a fluoroplastic substrate, which has good transport (membrane) characteristics.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009127219/04A RU2414953C1 (en) | 2009-07-14 | 2009-07-14 | Method of producing composite membranes with fullerene-containing polymer selective layer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009127219/04A RU2414953C1 (en) | 2009-07-14 | 2009-07-14 | Method of producing composite membranes with fullerene-containing polymer selective layer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009127219A RU2009127219A (en) | 2011-01-20 |
RU2414953C1 true RU2414953C1 (en) | 2011-03-27 |
Family
ID=44052756
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009127219/04A RU2414953C1 (en) | 2009-07-14 | 2009-07-14 | Method of producing composite membranes with fullerene-containing polymer selective layer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2414953C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492917C2 (en) * | 2011-11-02 | 2013-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Нанофильтр" (ООО "Нанофильтр") | Method of nano-modification of synthetic polymer membranes |
RU2504429C1 (en) * | 2012-10-05 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Device for production of diffusion polymer membranes |
WO2018205823A1 (en) * | 2017-05-09 | 2018-11-15 | 江苏拓邦环保科技有限公司 | Reverse osmosis membrane and preparation method therefor |
CN109224782A (en) * | 2018-09-29 | 2019-01-18 | 中国科学院大连化学物理研究所 | A kind of functionalized nano filler composite membrane and preparation method and application |
RU2730320C1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-08-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Composite membrane for drying natural and process gas mixtures based on graphene oxide intercalated with hydroxylated fullerene derivatives |
-
2009
- 2009-07-14 RU RU2009127219/04A patent/RU2414953C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492917C2 (en) * | 2011-11-02 | 2013-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Нанофильтр" (ООО "Нанофильтр") | Method of nano-modification of synthetic polymer membranes |
RU2504429C1 (en) * | 2012-10-05 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Device for production of diffusion polymer membranes |
WO2018205823A1 (en) * | 2017-05-09 | 2018-11-15 | 江苏拓邦环保科技有限公司 | Reverse osmosis membrane and preparation method therefor |
CN109224782A (en) * | 2018-09-29 | 2019-01-18 | 中国科学院大连化学物理研究所 | A kind of functionalized nano filler composite membrane and preparation method and application |
RU2730320C1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-08-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Composite membrane for drying natural and process gas mixtures based on graphene oxide intercalated with hydroxylated fullerene derivatives |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009127219A (en) | 2011-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Roy et al. | Polymeric nanocomposite membranes for next generation pervaporation process: Strategies, challenges and future prospects | |
KR102126875B1 (en) | Selective permeable graphene oxide/polyvinyl alcohol membrane for dehydration | |
Pusch et al. | Synthetic membranes—preparation, structure, and application | |
Uragami | Science and technology of separation membranes | |
Chen et al. | Zeolitic imidazolate framework materials: recent progress in synthesis and applications | |
CN102327746B (en) | Anti-pollution cyclodextrin-polymer composite nano-filtration membrane and preparation method thereof | |
Jiang et al. | Deep eutectic solvent as novel additive for PES membrane with improved performance | |
Liu et al. | Capillary supported ultrathin homogeneous silicalite-poly (dimethylsiloxane) nanocomposite membrane for bio-butanol recovery | |
Ladewig et al. | Fundamentals of membrane processes | |
RU2414953C1 (en) | Method of producing composite membranes with fullerene-containing polymer selective layer | |
WO2012050730A2 (en) | Thin film composite membranes and their method of preparation and use | |
Kirk et al. | The potential of polymers of intrinsic microporosity (PIMs) and PIM/graphene composites for pervaporation membranes | |
EP4279166A1 (en) | Organic material liquid dehydration method | |
Fu et al. | Separation of ethanol/water mixtures by pervaporation through zeolite-filled polysulfone membrane containing 3-aminopropyltrimethoxysilane | |
KR20110083275A (en) | Membrane for removing endocrine disruptors and fabrication method thereof | |
JP2013144264A (en) | Method for producing porous polysulfone-based membrane | |
Dorraji et al. | Organic–inorganic composite membrane preparation and characterization for biorefining | |
CN114507137B (en) | Method for preparing high-purity dimethyl carbonate and methanol by mixing matrix films | |
Olaru et al. | Polymers in membrane science | |
Sun et al. | Membranes of block copolymer-poly (divinylbenzene) blends for the pervaporation of alcohol/water mixtures | |
KR102239805B1 (en) | Method for the Preparation of High Performance Pervaporation Membranes Using Functional Crosslinkers for Butanol Recovery | |
KR100876541B1 (en) | PDMS Mixed Membrane Containing Porous Aluminum Silicate Nanoparticles | |
KR102084359B1 (en) | Resin composition for membrane to purify or diagnose biological products and method of preparing the same | |
Moulik et al. | Pervaporation Membrane Separation: Fundamentals and Applications | |
KR102327836B1 (en) | Composition for forming active layer of membrane, preparation method for membrane, membrane, and water treatment module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120715 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20130820 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160715 |