RU2759899C1 - Устройство для получения композиционной мембраны с полиэлектролитными слоями - Google Patents
Устройство для получения композиционной мембраны с полиэлектролитными слоями Download PDFInfo
- Publication number
- RU2759899C1 RU2759899C1 RU2020122996A RU2020122996A RU2759899C1 RU 2759899 C1 RU2759899 C1 RU 2759899C1 RU 2020122996 A RU2020122996 A RU 2020122996A RU 2020122996 A RU2020122996 A RU 2020122996A RU 2759899 C1 RU2759899 C1 RU 2759899C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reaction chamber
- filled
- polyelectrolyte layers
- polyelectrolyte
- composite membrane
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D67/00—Processes specially adapted for manufacturing semi-permeable membranes for separation processes or apparatus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройству для получения композиционной мембраны с полиэлектролитными слоями, содержащему емкость с размещенной в ней реакционной камерой с ультразвуковым излучателем и мешалкой. Над реакционной камерой расположены пять бункеров с исходными для разделения и очистки водно-спиртовых и/или иных промышленно-технологических смесей компонентами, такими как полидиметилсилоксан, гептан, (3-аминопропил)триэтоксисилан, суспензия FeBTC в гептане, дилаурат дибутилолово, поступающими в реакционную камеру, из основания которой через магистраль с дозатором реакционная смесь проходит через отверстие в основании емкости на предназначенную для формирования композиционной мембраны фильеру с подложкой, между которой и системой последовательно размещенных с общим дозатором бункеров расположен сушильный шкаф для образования в нем селективного слоя, селективные свойства которого, включая экспериментальные смеси и пермеат, фиксирует используемый в схеме устройства газовый хроматограф, причем подложка фильеры выполнена микропористой, между сушильным шкафом и последовательно размещенными бункерами с общим дозатором расположен узловой механизм для нанесения полиэлектролитных слоев, который выполнен в виде не менее восьми сосудов, один из которых заполнен поликатионом поли(аллиламин гидрохлоридом), второй заполнен полианионом поли(натрий 4-стиролсульфонатом), остальные заполнены водой для удаления излишков в каждом полученном полиэлектролитном слое, при этом экспериментальная смесь поступает через систему бункеров во вторую камеру, охлаждаемую жидким азотом, для конденсации паров экспериментальной смеси, а селективность дополнительно фиксируют с хроматографа на экран компьютера. Полученные композиционные мембраны на основе полимерного композита полидиметилсилоксан - FeBTC, с нанесенными на поверхность полиэлектролитными слоями, обладают улучшенными транспортными свойствами, эффективностью, производительностью и селективностью выделения этанола из водосодержащих смесей. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области химии, в частности, мембранной технологии, и может быть использовано для приготовления высокоэффективных мембран с целью использования для очистки и разделения различных промышленно-значимых технологических жидких сред, необходимых для пищевой, химической, нефтехимической, фармацевтической и других отраслей промышленности.
Анализ источников патентной информации и научной литературы выявил аналоги установок для получения различных типов мембран [1-3]. Известно устройство [1], которое содержит технический комплект приборов для синтеза полимера и формирования первапорационных мембран. Данное устройство не отвечает экологической безопасности, поскольку связано с использованием токсичных веществ, что вызывает дополнительные затраты на процесс соблюдения экологических норм, и, кроме того, приводит к снижению производительности и эффективности.
Известно устройство [2], которое предназначено для получения фуллеренсодержащих мембран на основе поли-2,6-диметилфениленоксида. Однако данное устройство имеет ограничения, связанные с разделением только многокомпонентных смесей. Кроме того, в данном устройстве используются токсичные вещества, что также не отвечает экологической безопасности. Анализ патентной и научной литературы выявил фактически один источник информации, описывающий устройство для получения мембраны на основе полимерного композита [3], который является наиболее близким по достигаемому техническому результату и принят в качестве прототипа. Это устройство содержит две реакционные камеры с мешалкой и излучателем ультразвука: в первой реакционной камере получают композицию при перемешивании поливинилового спирта, воды и фуллеренола С60-(ОН)22-24, во второй реакционной камере к полученной композиции добавляют дополнительный компонент (малеиновую кислоту). Формирование полимерной мембраны происходит в сушильном шкафу при тепловой обработке. Полученная мембрана была изучена в процессе первапорации при разделении равновесной смеси реакции этерификации и смеси этанол-вода.
К недостаткам прототипа относится высокая стоимость получения мембран, низкая производительность и недостаточная однородность за счет диспергирования наночастиц в объеме полимерного раствора, что ограничивает использование данного устройства для получения полимерных мембран и, в целом, делает ее с очень ограниченными и узкоспециализированными возможностями, и к тому же достаточно высокой стоимости. Так же основным недостатком прототипа является отсутствие возможности проведения поверхностной модификации мембран посредством нанесения полиэлектролитных слоев.
Техническим результатом заявляемого устройства для получения композиционных полимерных мембран с нанесенными на поверхность полиэлектролитными слоями является снижение стоимости их получения, повышение производительности, а также улучшение экологических и производственных условий и существенное расширение сферы использования получаемых мембран за счет конструкционных возможностей использования широкого класса полимеров. Кроме того, заявленное устройство, позволяет, что очень важно, значительно улучшить транспортные свойства мембран, в частности, повысить производительность и селективность выделения заданного компонента из разделяемой жидкой смеси. По сути, заявленное устройство можно отнести к новому типу композиционных мембран на основе полимерных композитов (в частности, полидиметилсилоксан-FeBTC) с нанесенными на поверхность полиэлектролитными слоями.
Заявленное устройство поясняется чертежом, на котором представлена его технологическая схема.
Устройство для получения композиционных мембран с полиэлектролитным наслаиванием содержит реакционную камеру 1, которая помещена в емкость, оснащенную ультразвуковым излучателем 2. Камера 1 заполняется исходными компонентами из бункеров 3, 4, 5, 6, 7, которые размещены над камерой 1, через дозаторы 8, 9, 10, 11, 12. Компоненты поступают в реакционную камеру последовательно при перемешивании с периодической обработкой ультразвуком. Далее через магистраль 13, оснащенную дозатором 14, полимерный раствор поступает на фильеру 15, с закрепленной пористой подложкой 16. Затем полученная композиционная мембрана перемещается в сушильный шкаф 17, в котором происходит образование селективного слоя, посредством испарения растворителя. Устройство так же оснащено узловым механизмом для нанесения полиэлектролитных слоев, который представляет из себя сосуд с поликатионом 18, сосуды с водой 19, 20, 21, 23, 24, 25 и сосуд с полианионом 22. Транспортные свойства полученной мембраны изучаются в процессе разделения экспериментальной смеси, которая находится в бункере 26. Смешивание компонентов экспериментальной смеси производится из бункеров 27, 28 с помощью дозаторов 29, 30. Из бункера 26 с помощью дозатора 31 экспериментальная смесь попадает на мембрану. Конденсация паров пермеата (пермеат - смесь компонентов, прошедшая через мембрану) осуществляется в камере 32, охлаждаемой жидким азотом, из которой пробу подают на анализ методом газовой хроматографии, осуществляемой прибором 33, подключенным к компьютеру 34 для изучения состава пермеата.
Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом: в реакционную камеру 1 из бункера 3 и 4 через дозаторы 8, 9 поступают ПДМС и гептан, далее раствор перемешивается в течение 60 минут и обрабатывается в течение 30 минут ультразвуком. Затем в реакционную камеру из бункера 5 через дозатор 10 поступает сшивающий агент ((3-аминопропил)триэтоксисилан, АПТМС), полученная реакционная смесь перемешивается в течение 30 минут и затем обрабатывается в течение 15 минут ультразвуком. Далее в реакционную камеру поступает суспензия FeBTC в гептане из бункера 6 с помощью дозатора 11, затем реакционная смесь перемешивается в течение 60 минут и обрабатывается ультразвуком в течение 30 минут. Далее в реакционную камеру из бункера 7 через дозатор 12 поступает катализатор (дилаурат дибутилолова), затем реакционная смесь перемешивается в течение 60 минут и обрабатывается ультразвуком в течение 30 минут. Далее полимерная смесь по магистрали 13 через дозатор 14 поступает на микропористую подложку 16. Далее с помощью фильеры 15 полимерная смесь растягивается по микропористой подложке и затем перемещается в сушильный шкаф 17 для последующего испарения растворителя и образования селективного слоя. Далее мембрана на пластиковой подложке перемещается в раствор поликатиона (поли(аллиламин гидрохлорида), ПАГ) 18 на 10 минут, затем 15 раз в воду 19 на 1 секунду, затем 3 раза в воду 20 на 5 секунд и 1 раз в сосуд с водой 20 на 15 секунд. Затем опускают мембрану в раствор полианиона (поли(натрий 4-стиролсульфонат), ПСС) 22 на 10 минут, затем 15 раз в сосуд с водой 23 на 1 секунду, затем 3 раза в сосуд 24 на 5 секунд и 1 раз в сосуд 25 на 15 секунд. Далее процедуру нанесения полиэлектролитных слоев повторяют 5-10 раз. Нанесение менее 5 полиэлектролитных бислоев приводит к невоспроизводимым транспортным свойствам полученных мембран. Далее мембрана в течение 12 часов сохнет на воздухе и поступает в реакционную камеру 32, где изучаются транспортные свойства разработанных мембран. Смешивание компонентов экспериментальной смеси производится из бункера 27, содержащий этанол, и бункера 28, содержащий воду, с помощью дозаторов 29 и 30, соответственно. Из бункера 26 с помощью дозатора 31 экспериментальная смесь этанола и воды попадает на мембрану. Конденсация паров пермеата осуществляется в камере 32, охлаждаемой жидким азотом, из которой пробу подают на анализ методом газовой хроматографии, осуществляемой прибором 33, подключенным к компьютеру 34 для изучения состава пермеата.
Заявленное изобретение апробировано в режиме реального времени на лабораторной базе Санкт-Петербургского государственного университета. В результате многочисленных экспериментов были получены мембраны с составом ПДМС:гептан:АПТМС:FeBTC:катализатор (0.5:9.5:0.038:0.025:0.005), содержащий на поверхности 5, 7, 10 бислоев полиэлектролитов ПАГ, ПСС.
Производительность мембран рассчитывали по формуле где m - масса пермеата, образовавшегося за время τ с поверхности мембраны площадью F. Эффективная площадь мембраны была 14.8 см2. Состав исходной смеси и пермеата определяли методом газовой хроматографии на хроматографе Хроматэк - Кристалл 5000 с детектором по теплопроводности. В качестве газа-носителя использовался гелий. Хроматографическое разделение проводилось на стеклянной насадочной колонке «Hayesep R 80/100» длиной 2 метра и диаметром 3 мм. Рабочая температура термостатирования колонки составляла 180°С, температура испарителя 230°С. Поток газа-носителя составлял 30 мл/мин. Пробы анализируемых жидкостей вводились автоматическим жидкостным дозатором ДАЖ-2М, объем пробы составлял 0.2 мкл. Обработка хроматограмм производилась на основе метода внутренней нормализации.
В Таблице представлены результаты экспериментов на примерах 4-х образцов с разным количеством бислоев (0, 5, 7 и 10) и транспортными свойствами полученных мембран при разделении смеси 50 масс. % этанола - 50 масс. % воды.
Как показывают результаты исследований, проведенных в режиме реального времени, и конкретные примеры реализации заявляемого изобретения, полученные данные по транспортным свойствам композиционной полимерной мембраны подтверждают качественно новые возможности заявленной конструкции, оригинальность ее технологической схемы, а также, что очень важно, высокую эффективность, производительность и селективность, особенно востребованных при очистке и разделении разных технологических жидких сред в таких сферах производства, как пищевой, химической, нефтехимической, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Список используемых источников информации:
1. RU Патент 131649, 2013
2. RU Патент 88009, 2009
3. RU Патент 2504429, 2012 (Прототип)
Claims (1)
- Устройство для получения композиционной мембраны с полиэлектролитными слоями, содержащее емкость с размещенной в ней реакционной камерой с ультразвуковым излучателем и мешалкой, над реакционной камерой расположены пять бункеров с исходными для разделения и очистки водно-спиртовых и/или иных промышленно-технологических смесей компонентами, такими как полидиметилсилоксан, гептан, (3-аминопропил)триэтоксисилан, суспензия FeBTC в гептане, дилаурат дибутилолово, поступающими в реакционную камеру, из основания которой через магистраль с дозатором реакционная смесь проходит через отверстие в основании емкости на предназначенную для формирования композиционной мембраны фильеру с подложкой, между которой и системой последовательно размещенных с общим дозатором бункеров расположен сушильный шкаф для образования в нем селективного слоя, селективные свойства которого, включая экспериментальные смеси и пермеат, фиксирует используемый в схеме устройства газовый хроматограф, причем подложка фильеры выполнена микропористой, между сушильным шкафом и последовательно размещенными бункерами с общим дозатором расположен узловой механизм для нанесения полиэлектролитных слоев, который выполнен в виде не менее восьми сосудов, один из которых заполнен поликатионом поли(аллиламин гидрохлоридом), второй заполнен полианионом поли(натрий 4-стиролсульфонатом), остальные заполнены водой для удаления излишков в каждом полученном полиэлектролитном слое, при этом экспериментальная смесь поступает через систему бункеров во вторую камеру, охлаждаемую жидким азотом, для конденсации паров экспериментальной смеси, а селективность дополнительно фиксируют с хроматографа на экран компьютера.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020122996A RU2759899C1 (ru) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | Устройство для получения композиционной мембраны с полиэлектролитными слоями |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020122996A RU2759899C1 (ru) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | Устройство для получения композиционной мембраны с полиэлектролитными слоями |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2759899C1 true RU2759899C1 (ru) | 2021-11-18 |
Family
ID=78607523
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020122996A RU2759899C1 (ru) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | Устройство для получения композиционной мембраны с полиэлектролитными слоями |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2759899C1 (ru) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2206500C1 (ru) * | 2001-10-16 | 2003-06-20 | Плугин Александр Илларионович | Установка для получения фуллеренсодержащего вещества |
KR100595488B1 (ko) * | 2004-07-10 | 2006-07-03 | 김학용 | 다공성 멤브레인 및 그의 제조방법 |
RU77273U1 (ru) * | 2008-05-20 | 2008-10-20 | Институт Высокомолекулярных соединений Российской академии наук (ИВС РАН) | Установка для получения ультрафильтрационной термостойкой полимерной мембраны |
RU88009U1 (ru) * | 2009-07-27 | 2009-10-27 | Учреждение Российской академии наук Институт высокомолекулярных соединений РАН | Установка для получения композитных полимерных мембран |
DE60333161D1 (de) * | 2003-04-10 | 2010-08-12 | X Flow Bv | Verfahren zum Trocknen einer feuchten porösen Membranstruktur |
EP2621616A1 (de) * | 2010-10-01 | 2013-08-07 | Basf Se | Verfahren zur herstellung von kohlenstoffmembranen |
RU2504429C1 (ru) * | 2012-10-05 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Устройство для получения диффузионных полимерных мембран |
RU138018U1 (ru) * | 2013-07-10 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук | Устройство для производства первапорационных мембран |
EA030648B1 (ru) * | 2013-01-17 | 2018-09-28 | Мембрейн Дистиллейшн Диселинейшн Лтд. Ко. | Способ изготовления многослойной полимерной матричной мембраны (варианты) и устройство для мембранной дистилляции |
-
2020
- 2020-07-06 RU RU2020122996A patent/RU2759899C1/ru active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2206500C1 (ru) * | 2001-10-16 | 2003-06-20 | Плугин Александр Илларионович | Установка для получения фуллеренсодержащего вещества |
DE60333161D1 (de) * | 2003-04-10 | 2010-08-12 | X Flow Bv | Verfahren zum Trocknen einer feuchten porösen Membranstruktur |
KR100595488B1 (ko) * | 2004-07-10 | 2006-07-03 | 김학용 | 다공성 멤브레인 및 그의 제조방법 |
RU77273U1 (ru) * | 2008-05-20 | 2008-10-20 | Институт Высокомолекулярных соединений Российской академии наук (ИВС РАН) | Установка для получения ультрафильтрационной термостойкой полимерной мембраны |
RU88009U1 (ru) * | 2009-07-27 | 2009-10-27 | Учреждение Российской академии наук Институт высокомолекулярных соединений РАН | Установка для получения композитных полимерных мембран |
EP2621616A1 (de) * | 2010-10-01 | 2013-08-07 | Basf Se | Verfahren zur herstellung von kohlenstoffmembranen |
RU2504429C1 (ru) * | 2012-10-05 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Устройство для получения диффузионных полимерных мембран |
EA030648B1 (ru) * | 2013-01-17 | 2018-09-28 | Мембрейн Дистиллейшн Диселинейшн Лтд. Ко. | Способ изготовления многослойной полимерной матричной мембраны (варианты) и устройство для мембранной дистилляции |
RU138018U1 (ru) * | 2013-07-10 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук | Устройство для производства первапорационных мембран |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gump et al. | Aromatic permeation through crystalline molecular sieve membranes | |
Qureshi et al. | Recovery of butanol from model solutions and fermentation broth using a silicalite/silicone membrane | |
Yi et al. | Volatile organic compounds (VOCs) recovery from aqueous solutions via pervaporation with vinyltriethoxysilane-grafted-silicalite-1/polydimethylsiloxane mixed matrix membrane | |
Muller et al. | Infrared microscopic study of sorption and diffusion of toluene in ZSM-5 | |
Javaid et al. | Solubility-based gas separation with oligomer-modified inorganic membranes | |
Zheng et al. | Molecularly imprinted cellulose membranes for pervaporation separation of xylene isomers | |
Omarova et al. | A review on preparation methods and applications of metal–organic framework-based solid-phase microextraction coatings | |
Aptel et al. | Liquid transport through membranes prepared by grafting of polar monomers onto poly (tetrafluoroethylene) films. I. Some fractionations of liquid mixtures by pervaporation | |
Ji et al. | Pervaporation using adsorbent-filled membranes | |
CN110078853B (zh) | 皮克林乳液及制备四环素分子印迹生物炭复合微球 | |
Satyanarayana et al. | Pervaporation of hydrazine hydrate: separation characteristics of membranes with hydrophilic to hydrophobic behaviour | |
Cabezas et al. | Performance of butanol separation from ABE mixtures by pervaporation using silicone-coated ionic liquid gel membranes | |
Zhou et al. | Seeding-free synthesis of large tubular zeolite FAU membranes for dewatering of dimethyl carbonate by pervaporation | |
Qu et al. | Pervaporation separation of xylene isomers by hybrid membranes of PAAS filled with silane-modified zeolite | |
RU2759899C1 (ru) | Устройство для получения композиционной мембраны с полиэлектролитными слоями | |
Roychowdhury et al. | Sputtered silicon solid phase microextraction fibers with a polydimethylsiloxane stationary phase with negligible carry-over and phase bleed | |
Grushevenko et al. | Polyheptylmethylsiloxane—A novel material for removal of oxygenates from water by pervaporation | |
Avagimova et al. | Nanodiamond-modified polyamide evaporation membranes for separating methanol-methyl acetate mixtures | |
Dong et al. | Reverse osmosis and pervaporation of organic liquids using organosilica membranes: Performance analysis and predictions | |
Toth et al. | Membrane flash index: powerful and perspicuous help for efficient separation system design | |
Jadav et al. | Characterization of polydimethylsiloxane pervaporation membranes using small-angle neutron scattering | |
Tiwari et al. | Thin Layer Chromatography (TLC) VS. Paper Chromatography: A Review | |
Polyakov et al. | Amorphous Teflons AF as organophilic pervaporation materials: separation of mixtures of chloromethanes | |
Ragunath et al. | Carbon nanotube immobilized composite hollow fiber membranes for extraction of volatile organics from air | |
Buckley-Smith | The use of solubility parameters to select membrane materials for pervaporation of organic mixtures |