SU1144493A1 - Способ определени коэффициентов диффузии и проницаемости газов в полимерных мембранах и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ определени  коэффициентов диффузии и проницаемости газов в полимерных мембранах, заключающийс  в размещении двух идентичных исследуемых мембран в идентичных камерах компенсационной  чейки, непрерывном продувании исследуемого газа через резервуар одной из камер и газа-носител  через резервуар другой и приемники обеих камер при непрерывной регистрации разности Теплопроводностей выдуваемых из приемников обеих камер.газовых смесей с помощью термисторов, отличающийс   тем, что, с целью сокращени  времени и повышени , точности и чувствительности определени , работу термисторов осуществл ют в кинетическом режиме, а по достижении посто нного значени  разности теплопроводностей оба потока направл ют на сравнительный компенсационный газохроматографический анализ. 2. Устройство дл  определени  коэффициентов диффузии и проницаемости газов в полимерных мембранах, содержащее компенсационную диффузионную  чейку, состо щую из двух каШ мер, разделенных на идентичные резервуары и приемники, выполненные с каналами дл  подвода и отвода газов , и термисторы, отличающеес  тем, что, с целью сокращени  времени и повышени  точности и чувствительности определени , оно снабжено двум  идентичными хроматографическйми колонками, приемники обеих камер размещены между двум  резервуарами и разделены общим днищем , каналы вывода газовых смесей . СО САЭ из приемников выполнены в днище и подсоединены к хроматографическим колонкам, а термисторы размещены в каналах вывода газовых смесей.

Description

f Предлагаемое изобретение относит с  к области физической химии полимеров , а именно к способам определе ни  параметров газопроницаемости (коэффициентов диффузии Д и коэффициентов проницаемости Р) в полиме ных мембранах (сплошных, анизотропных , пористых, многослойных и др.) и устройствам, используемым дл  осу ществлени  этих способов. Известен способ определени  коэф фициентов Д и Р-газов в полимерной мембране, помещенной в диффузорную  чейку и раздел ющей ее на две част резервуар и приемник. Исследуемый газ под давлением 1-7 атм подают в резервуар над мембраной. Проникший через мембрану в приемник  чейки ис следуемый газ направл ют потоком га за-носител , продувающего приемник, в катарометр, работающий в интеграл ном режиме. По установлении посто н ного электрического сигнала катарометра коэффициент проницаемости через мембрану- определ ют с помощью газового хроматографа, при этом перед пуском исследуемого газа стрем тс  обеспечить посто нство фоново . го сигнала путем тщательной дегазации мембраны в ходе эксперимента, тот же прием повтор ют перед проведением газо-хроматографического ана лиза, и только после этого расчитывают коэффициент диффузии Д по полу ченным зависимост м сигнала от времени . Способ реализуетс  в устройстве, состо щем из диффузионной  чейки и газового хроматографа. Диффузионна   чейка содержит фланцы, с обеих сторон зажимающие мембрану с помощью резиновых колец, при этом над мембраной образуетс  резервуар, а под мембраной - приемник  чейки. Фланцы имеют свободный ход, позвол ющий зажимать мембрану толщиной до 2 мм Ячейка помещена в воздушно термостат, обеспечивающий работу в интервале от 20 до 300 С, а катарометр термостатируетс  отдельно, в газовом хроматографе. Однако полимерную мембрану необходимо длительно подготавливать путем ее тщательной дегазации, кроме того, необходима длительна  калибровка инерционности установки при различных потоках газа-носител  что приводит к значительной затрате среднего времени на одно определение коэффициентов Д и Р, способ обладает недостаточной точностью измерений (величины Д получаютс  заниженными в 2 раза по сравнению со значени ми Д, определенными другими независимыми методами). Наиболее близким техническим решением  вл етс  способ определени  коэффициентов диффузии и проницаемости газов в полимерных мембранах, заключающийс  в размещении двух идентичных исследуемых мембран в идентичных камерах компенсационной  чейкй , непрерывном продувании исследуемого газа через резервуар одной из камер и газа-носител  через резервуар другой и приемники обеих камер при непрерывной регистрации разности теплопроводностей выдуваемых из приемников обеих камер газовых смесей с помощью термисторов. Наиболее близким техническим решением  вл етс  устройство дл  осуществлени  коэффициентов диффузии и проницаемости газов в полимерных мембранах, содержащее компенсационную диффузионную  чейку, состо щую из двух камер, раздел емых на идентичные резервуар и приемник, выполненные с каналами дл  подвода и отвода газа, и термисторы. Встроенные в приемники  чеек термисторы , служащие плечами катарометра работают в полудиффузионном режиме . По мере диффузии исследуемого газа через испытуемую мембрану сравнивают электрический сигнал этих термисторов, результирующий сигнал характеризует кинетику диффузии исследуемого газа и устран ет вли ние сорбированных мембраной веществ, что позвол ет определ ть коэффициенты Д и Р-газов в полимерах. Компенсационна  сдвоенна   чейка состоит из трех разъемных цилиндрических латунных блоков, два крайних блока  вл ютс  зеркальным отражением один другого и прижимаютс  к центральному блоку с помощью пружины. Все три блока расположены по одной оси внутри медной трубы. Четыре резиновых уплотнител  закреплены в специальньгх пазах на отполированных контактирующих плоскост х трех блоков. Между резиновыми уплотнител ми закреплены исследуема  и сравнительна  мембраны, раздел ющие секцию на ре3 . зервуар и приемник. В приемники сек ций встроены чувствительные элемент расположенные таким образом, что ос ществл ют детектирование в полудифф знойном режиме. Приемники  чейки ра положены в крайних положени х (межд двум  резервуарами),поэтому компенсационна  сдвоенна   чейка усиленно термостатируетс : она устанавливаетс  на дно герметично закрывающегос  толстостенного металлического  щика и помещаетс  в вод ной термостат , обеспечивающий работу в диапазоне 15-100°С. К недостаткам известного способа и устройства следует отнести необходимость многоразового состо ни  калибровочных газовых смесей различного состава и длительной калибровки анализируемого сигнала при различных температурах, давлени х и потоках газа-носител  дл  определени  калибровочного коэффициента по каждому из испытуемых газов; громоздкое двойное термостатирование, недостаточна  точность измерений, значительные затраты времени на опрё деление коэффициентов Д и Р газов в полимерных мембранах. Целью изобретени   вл етс  сокращение времени и повышение точности . и чувствительности определени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе определени  коэффициентов диффузии и проницаемости газов в полимерных мембранах, заключающемс  в размещении двух идентичных исследуемых мембран в идентичных камерах компенсационной  чейки, непрерывном продувании исследуемого газа через резервуар одной из кгмер и газа-носител  через резервуар другой и приемники обеих камер при непрерывной регистрации разности тепло проводностей выдуваемых из приемников обеих камер газовых смесей с помощью термисторов, работу термисто- ров осуществл ют в кинетическом режиме а по достижении посто нного значени  разности теплопроводностей оба потока направл ют на сравнительный компенсационньй газохроматографический анализ. Устройство дл  определени  коэффициентов диффузии и проницаемости газов в полимерных мембранах, содержащее компенсационную диффузионную  чейку, состо щую из двух камер, раз 934 деленных на идентичные резервуары и приемники, выполненные с каналами дл  подвода и отвода газов, и транзисторы , снабжено двум  идентичными хроматографическими колонками, приемники обеих размещены между другими резервуарами и разделены общим днищем, каналы вывода газовых смесей из приемников вьтолнены в днище и подсоединены к хроматографическим колонкам, а термисторы размещены в каналах вывода газовых смесей . На чертеже показана схема устройства дл  осуществлени  способа определени  коэффициентов диффузии и проницаемости газов в полимерных мембранах. Устройство включает в себ  компенсационную сдвоенную диффузионную  чейку, состо щую из блока-корпуса 1, крьшек резервуаров 2 и 3, вмонтированных в приемники 4 и 5 термисторов 6 и 7, резервуар 8 и 9 испытуемой и сравнительной мембран 10 и 11 соответственно, тороидальных резиновых прокладок 12 и 13, пористых металлических суппортов 14 и 15, баллон 16 дл  исследуемого газа , баллон 17 газа-носител , блок 18подготовки исследуемого газа, блок 19подготовки газа-носител , краны , 20-29 тонкой регулировки, кран-переключатель 30 газовых потоков, блок 31 управлени  катарометром, контрольный самописец 32, газовый хроматограф 33, механические прессы 34 и 35, закрепленные на блоке-корпусе 1. Устройство работает следующим образом. Перед началом эксперимента крышки резервуаров 2 и .3 вынимают из блока-корпуса 1, в образовавшиес  полости вставл ют две идентичные мембраны 10 и 11 и тороидальные прокладки 2 и 13 и сверху с помоп ю прессов 34 и 35 прижимают крышки резервуаров 2 и 3 к блоку-корпусу 1. При необход мости перед вставкой мембран вставл ют пористые металлические суппорты 14 и 15. Положение крьшек резервуаров фиксируетс  за .счет толщины мембраны и пористого металлического суппорта. Затем газ-носитель из баллона 17 через блок 19 подготовки газов и краны 20-23 подают в резервуары 8 и 9 и в приемники 4 и 5 под давлением, которое устанавли5

вают с помощью кранов 26-29 тонкой регулировки. Параллельно исследуемый газ из баллона 16 через блок 18 подготовки исследуемого газа и кран 25 подают в кран-переключатель 30 под давлением, равным давлению газаносител  в резервуаре 8, которое уставналивают краном 24 тонкой регулировки . Термисторы 6 и 7, встроенные в выходные газовые каналы приемников 4 и 5, что обеспечивает кинетический режим их работы, подключают через блок 31 управлени  катарометром к самописцу 32. Компенсационную сдвоенную . чейку термостатируют в воздушном термостате.

В определенный момент с помощью крана-переключател  30 поток газаносител  в резервуаре 8 замен ют потоком исследуемого газа, при этом при помощи блока 31 управлени  катарометром и самописца 32 регистрируют изменение электрического сигнала термисторов 6 и 7 в виде кинетической кривой. По установлении посто нного сигнала (достижении стационарного потока) провод т„одновременный газохроматографический анализ . потока газа-носител  с исследуемым газом на выходе крана 28 тонкой регулировки в сравнении с потоком газаносител  на выходе крана 27 тонкой регулировки с помощью стандартного газового хроматографа 33.

Работа термисторов в кинематическом режиме, в отличие от полудиффузионного , позвол ет увеличить точность определени  момента по влени  пенетранта в приемнике, в результате повышаетс  точность расчета коэффициента диффузии.

Благодар  сравнительному компенсационному газохроматографическому анализу не требуетс  продолжительна предварительна  калибровка термисторов , а также увеличиваетс  точность определени  коэффициента проницаемости за счет меньшей ошибки учета ко пенсирующего сигнала.

Размещение приемников и термисторов упрощает термостатирование  чейки , что положительно сказываетс  на стабильности работы термисторов и точности определени . Размещение термисторов в каналах вывода газовых смесей обеспечивает их работу в кинетическом режиме.

444936

Пример выполнени  способа. При определении газопроницаемости полимерных мембран, полученных из семи полимерных материалов толщиной 5 0,02-25 мм приготовленные мембраны откачивают 24 ч в вакууме. Перед началом эксперимента крышки резервуаров 2 и 3 вынимают из блока-корпуса 1, в  чейки вставл ют две идентичные

10 мембраны из испытуемого полимера,затем сверху накладывают тороидальные прокладки 12 и 13, крышки 2 и 3 вставл ют в корпус и прижимают винтовыми механическими прессами 34 и 35

15 к блоку-корпуса 1. После этого газноситель из баллона 17 через блок 19 подготовки газов и краны 20-23 подают в пространство резервуаров 8 и 9 и в приемники 4 и 5 давлением 1 атм,

20 которое устанавливают с помощью кранов 26-29 тонкой регулировки. Параллельно исследуемый газ из баллона 16 через блок 18 подготовки газов и кран 25 подают в кран-переключатель

25 30 под давлением 1 атм, которое устанавливаетс  краном 4 тонкой регулировки . Термисторы 6 и 7 подключают к блоку 31 управлени  катарометром и самописцу 32 и в течение 45 мин

0 прописывают фоновую линию, соответствующую фоновому сравнительному сигналу, при этом компенсационную сдвоенную  чейку термостатируют при 20 С. В определенньй момент времени

, с помощью крана-переключател  30 поток газа-носител  в резервуаре 8 замен ют потоком исследуемого газа. С помощью блока 31 управлени  катарометром и самописца 32 регистрируют

0 изменение электрического сигнала термисторов 6 и 7 в виде кинетической кривой. По установлении посто нного сигнала (достижении стационарного потока) потоки газа-носител  с исследуемым газом и газа-носител  после кранов 27 и 28 тонкой регулировки направл ют на анализ в газовый хроматограф 33 и тем самым определ ют концентрацию исследуемого газа ,. в потоке газа-носител  С%. При этом

замер ют объемную скорость газа-носител  после крана 28 тонкой регулировки . Из кинетической кривой определ ют коэффициент Д газа в полимерной мембране, а по С% и объемной скорости газа-носител  определ ют коэффициент Р,газопроницаемости.

Использование предлагаемых способа и устройства дл  определени  коэффициентов диффузии и проницаемости газов в полимерных мембранах позвол ет в четыре раза уменьшить врем  одного анализа полимерной мем браны на газопроницаемость в диапа938 зоне рабочих давлений и температур, существенно увеличить чувствительность способа и устройства. Повышаетс  точность определени  коэффициентов диффузии.

Газ - носитель

И

17

Claims (2)

1. Способ определения коэффициентов диффузии и проницаемости газов в полимерных мембранах, заключающийся в размещении двух идентичных исследуемых мембран в идентичных камерах компенсационной ячейки, непрерывном продувании исследуемого газа через резервуар одной из камер и газа-носителя через резервуар другой и приемники обеих камер при непрерывной регистрации разности Теплопроводностей выдуваемых из приемников обеих камер газовых смесей с помощью термисторов, отличающийс я тем, что, с целью сокращения времени и повышения, точности и чувствительности определения, работу термисторов осуществляют в кинети ческом режиме, а по достижении по стоянного значения разности теплопро водностей оба потока направляют на сравнительный компенсационный газо хроматографический анализ.

2. Устройство для определения коэффициентов диффузии и проницаемости газов в полимерных мембранах, содержащее компенсационную диффузионную ячейку, состоящую из двух камер, разделенных на идентичные резервуары и приемники, выполненные с каналами для подвода и отвода газов, и термисторы, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени и повышения точности и чувствительности определения, оно снабжено двумя идентичными хроматографическими колонками, приемники обеих камер размещены между двумя резервуарами и разделены общим днищем, каналы вывода газовых смесей . из приемников выполнены в днище и подсоединены к хроматографическим колонкам, а термисторы размещены в каналах вывода газовых смесей.