Повышенное газоотделение: причины, диагностика и лечение в Москве

Экстренные случаи для обращения к врачу / Блог / Клиника ЭКСПЕРТ

В настоящее время, в связи со складывающейся эпидемиологической ситуацией в мире, ограничении плановых посещений учреждений, включая медицинские, у многих пациентов возникает вопрос, куда, когда и с какими симптомами обращаться. Во избежание растерянности, страха и даже паники, мы решили акцентировать внимание на те основные симптомы – симптомы «тревоги», которые являются показанием для обращения к врачу в любой жизненной ситуации.

Итак, рассмотрим некоторые:
1. Симптом – боль.
• Головная боль – стойкая, выраженная, резко или впервые возникшая, нестерпимая, не снимающаяся привычными обезболивающими требует обязательного обращения к врачу-терапевту или неврологу, т.к. эта симптоматика может быть признаком органических заболеваний головного мозга (инсульт, опухоль, аневризма). Кроме того, стойкая боль, особенно на фоне стресса, может быть обусловлена повышением артериального давления и своевременная терапия гипертонической болезни не только устранит столь неприятный симптом, но и позволит предотвратить ряд жизнеугрожающих осложнений.
• Боль по передней поверхности грудной клетке (за грудиной)– внезапная, впервые возникшая, длящая более 15 мин, с распространением в левую половину тела требует экстренной госпитализации (подозрение на инфаркт).
• Боль в грудной клетке, по ходу ребер, по ходу позвоночника, связанная с движениями, наклонами туловища может быть обусловлена межреберной невралгией или остеохондрозом, что требует консультации невролога.
• Боль в животе – в случае возникновения боли впервые, сохраняющейся более суток или изменения характера, длительности, интенсивности привычной боли требует обязательного обращения к врачу с целью исключения не только острой хирургической патологии, но и обострения (при наличии) хронического заболевания желудочно-кишечного тракта или даже патологии сердца!
• Боль в правом подреберье или чувство тяжести может свидетельствовать о наличии серьезных нарушениях функции желчного пузыря, вплоть до желчнокаменной болезни, которая на ранних стадиях может быть пролечена без операции.
2. Синдром – желудочная диспепсия (изжога, отрыжка, тошнота и рвота, тяжесть в верхних отделах живота, горечь во рту, чувство раннего насыщения, ком в горле, затруднение глотания) – при регулярном появлении, стойком сохранении, а также – при отсутствии ответа на симптоматическое лечение требует визита к гастроэнтерологу (рефлюксная болезнь, гастрит, язва, панкреатит, рак).
3. Синдром – кишечная диспепсия (вздутие живота, распирание, повышенное газоотделение, стойкое нарушение стула или чередование запоров и поносов) при длительном течении требует исключения в первую очередь органической патологии кишечника (колит, энтерит, рак, наследственные заболевания кишечника).
4. Симптом – нарушение мочеиспускания (просто частое, частое ночное, болезненное, учащенное, уменьшение объема мочи, изменение цвета, наличие примесей) – требует консультации терапевта или уролога, а в ряде случаев – врача-нефролога, так как пренебрежение данной клинической картиной может привести к тяжелым последствиям, вплоть до инвалидизации.
Мы всегда готовы прийти на помощь. Это наше предназначение!

А нужен ли автомобильной батарее заряд под повышенным напряжением?

Одна из наиболее ответственных процедур, которую многие автовладельцы периодически проделывают с аккумулятором, — это его заряд. Между тем, по поводу того, как и какими приборами надо восполнять емкость стартерной батареи (АКБ), в интернете постоянно идут споры…

Очевидно, что речь прежде всего идет о 12-вольтовых аккумуляторах. В настоящее время их используют практически во всех современных легковушках, кроссоверах, внедорожниках, а также в микроавтобусах и малотоннажных грузовиках. Для заряда таких АКБ применяют либо автоматические зарядные устройства (ЗУ), либо приборы с предварительной установкой тока или напряжения. Как раз в отношении последних часто встает вопрос о том, какое максимальное напряжение надо выставлять при заряде стартерных батарей.

Например, одни владельцы машин утверждают, что напряжение заряда не должно превышать величину 14,4 В. Другие говорят, что его оптимальное значение может достигать 14,8–15 В. Ну а самые «продвинутые» водители считают, что и этого мало, а потому заряжать АКБ надо при напряжении не менее 16 В. При этом они ссылаются на некоторые модификации ЗУ с режимом 16-вольтового заряда, появившихся на рынке за последнее время.

Как видим, мнения пользователей по «зарядной» проблематике разнятся. Тогда как у самих производителей АКБ на этот счет давно выработаны вполне определенные рекомендации. Взять, к примеру, компанию TAB (Словения), одного из ведущих европейских производителей автомобильных батарей. Напомним, что эта фирма ежегодно поставляет в нашу страну несколько сот тысяч АКБ, среди которых особое место занимают популярные батареи одноименного бренда TAB, а также аккумуляторы марки Topla.

На основе кальция

Отметим, что основная масса поставляемых к нам словенских батарей — это так называемые кальциевые (Ca/Ca) источники тока. Они имеют ряд преимуществ в сравнении с обычными АКБ, в числе которых крайне малая степень саморазряда, низкий уровень электролиза воды, высокая антикоррозионная стойкость пластин, большие пусковые токи, способность выдерживать большое количество циклов заряда/разряда. Неудивительно, что, благодаря этим качествам, значительная доля кальциевых АКБ, включая батареи TAB и Topla, сегодня выпускается в необслуживаемом варианте (с символами SMF).

Особенность необслуживаемых стартерных аккумуляторов заключается в том, что они оснащены герметичной лабиринтной крышкой с системой возврата конденсата. Поэтому при эксплуатации и, что важно, при заряде они не требуют проверки плотности электролита или долива воды.

А вот у обслуживаемой батареи перед зарядом нужно вывинчивать пробку из каждой банки (фото выше). Это необходимо для контроля плотности и объема электролита и является обязательным требованием безопасности при обслуживании таких АКБ.

Как и чем лучше заряжать АКБ

К слову, требования безопасности при заряде АКБ всегда должны стоять на первом месте. Поскольку эта процедура представляет собой электрохимический процесс, сопровождающийся выделением газов, то, по правилам, она должна проводиться в хорошо проветриваемом, причем пожаробезопасном помещении. И обязательно при плюсовой (желательно в диапазоне 20–25 градусов) температуре. Только в этом случае будут обеспечиваться оптимальные условия для качественного заряда батареи и эффективного восполнения ее емкости.

Заряжать стартерные АКБ удобнее автоматическими зарядными устройствами

Вернемся к вопросу о том, какими приборами следует заряжать автомобильные аккумуляторы. Очевидно, что проще всего эта процедура выполняется с помощью автоматического ЗУ. Несомненное удобство большинства таких приборов в том, что они сами обеспечивают оптимальный режим заряда и автоматически меняют напряжение и ток в зависимости от степени заряженности батареи. Кстати, максимальное напряжение, которое выдают такие аппараты, не превышает 14,8–15 В, что также обусловлено требованиями безопасности.

Рекомендованные параметры

Отдельно стоит сказать о применении полуавтоматических «зарядок», имеющих режимы предустановки зарядного тока и напряжения. Напомним, что на таких ЗУ вручную должны выставляться те значения параметров, которые рекомендованы производителем АКБ. Это необходимо для обеспечения оптимального алгоритма заряда. Так, например, для большинства стартерных батарей Topla и TAB максимальное значение зарядного напряжения не должно превышать 14,8 В, а максимальное значение зарядного тока — одной десятой емкости батареи, указанной на ее этикетке. То есть, если емкость АКБ равна 65 А*ч, то максимальный ток заряда должен быть выставлен на значение 6,5 ампер.

Отметим, что стартерный аккумулятор считается полностью заряженным, если напряжение на его клеммах составляет не менее 12,8 В (фото выше). Важный момент: контролировать напряжение нужно не менее чем через 8–12 часов после отключения АКБ от зарядного устройства.

Теперь что касается 16-вольтового напряжения, о котором упоминалось выше. Его иногда применяют в сервис-центрах при восстановлении АКБ. Но лишь в строго определенных случаях и только как дополнение к основному заряду (читай выше) для некоторых типов аккумуляторов. Самостоятельно делать подобный «дозаряд» не рекомендуется, особенно для необслуживаемых батарей. Ведь в аккумуляторе, находящемся под напряжением свыше 16 В, идет более интенсивное газовыделение, которое визуально проконтролировать в герметичных SMF—аккумуляторах попросту невозможно.

А нужен ли автомобильной батарее заряд под повышенным напряжением?

Одна из наиболее ответственных процедур, которую многие автовладельцы периодически проделывают с аккумулятором, — это его заряд. Между тем, по поводу того, как и какими приборами надо восполнять емкость стартерной батареи (АКБ), в интернете постоянно идут споры…

А нужен ли автомобильной батарее заряд под повышенным напряжением?

У собаки газы

– Здравствуйте. У меня несколько деликатная беда, не подходящая для обсуждения за обеденным столом. Наш пес, французский бульдог, кобель, шесть лет, газами буквально выживает нас из дома. Вместе с ним в одной комнате находится просто невозможно. Он все время «портит воздух». Раньше такое с ним тоже случалось, но не так часто и интенсивно, как в последнее время. Иногда мне кажется, что пора, заходя в дом, надевать противогаз. 

Живем в частном секторе, и можно было бы его держать на улице. Но сейчас жарко, а этой породе жара смертельно опасна, ведь не смотря ни на что наш пес – любимец семьи. Постоянная порча воздуха его совершенно не беспокоит, аппетит хороший, и спать ему ничто не мешает, а я уже готова с подушкой и одеялом на улицу сбежать и жить там. 

Светлана Бирюкова, Ростовкая обл., г. Волгодонск

КОММЕНТАРИЙ

Обычно повышенное газоотделение нисколько не мешает собаке, но причиняет массу неудобств хозяевам. 

Повышенное газообразование у собаки – это сигнал того, что в организме питомца что-то не так. Газы – побочный продукт нормального пищеварения и являются естественной функцией организма. Плохо, когда их появляется слишком много. 

Основной причиной повышенного газообразования служит заглатывание воздуха во время еды. Это обычно случается со щенками или с животными, которые быстро и жадно едят, и заглатывают пищу целиком. Также избыточное газообразование возникает из-за застоя пищи или процессов ее брожения. Метеоризм у собаки может возникнуть и при кормлении некачественными продуктами. Свою роль играют в этом процессе пищевая аллергия или инфекции, а также заболевания кишечника или дефицит пищеварительных ферментов. 

Как помочь собаке? 

В первую очередь необходимо выяснить причину. Вспомните, может быть, вы недавно меняли корм или тип питания, может что-то добавили в рацион. 

Иногда продукты могут быть качественными, но проблемы возникают от их сочетания. Так, при кормлении фруктами после мяса газообразование в кишечнике повышается. 

Если ваша собака слишком жадно заглатывает пищу, попробуйте увеличить частоту приема пищи, не увеличивая суточную норму корма. То есть кормить не один раз, а два или три раза в день, но маленькими порциями. 

Можно попробовать подавать собаке активированный уголь, из расчета 1 таблетка на 10 кг веса животного. И добавить в рацион продукты, нормализующие микрофлору в кишечнике, например, йогурт, кефир или творог, или специальные ветеринарные препараты – пробиотики.

 

После нормализации процесса пищеварения нужно подумать над правильным рационом для питомца. Сухой корм для собаки лучше выбирать высококачественный, премиум или супер-премиум класса. При натуральном кормлении не сочетать в одно кормление кашу и молочные продукты. Фрукты давать только как лакомство между приемами пищи.

Аллергия на молоко. Признаки и симптомы аллергии на лактозу у детей

О лактазной недостаточности или дефиците лактазы — фермента, который необходим для расщепления лактозы (её еще называют «молочным сахаром»), мы уже писали. Когда лактазы недостаточно, употребление в пищу молока и его вызывает неприятные последствия вроде вздутия живота, коликов, жидкого стула или, напротив, запора, иногда рвоты. Аллергия на молоко — это заболевание, которое встречается значительно реже, но является более опасным, чем непереносимость лактозы. При развитии этого вида пищевой аллергии иммунная система ребенка реагирует не на сахар, а на белок молока.

Эта проблема может коснуться и детей на грудном вскармливании (при наличии в мамином рационе молочных продуктов), и малышей-искусственников, которые получают смеси на основе коровьего или козьего молока. Дети на искусственном питании страдают аллергией на белок молока в разы чаще, чем груднички. Больше всего подвержены негативным реакциям на белок крохи со слабым иммунитетом, перенесшие инфекционные заболевания, страдающие хроническими проблемами со здоровьем.

#PROMO_BLOCK#

Принципиальное различие между аллергией на белок коровьего молока и лактозной непереносимостью: пищевая аллергия проявляется на коже и в дыхательных путях (высыпания, обычно на лице, локтях, коленках, зуд, трудности с дыханием, выделения из носа, отек глаз и лица в целом). При этом могут проявляться также симптомы, характерные для непереносимости лактозы, связанные с нарушением работы ЖКТ: повышенное газоотделение, вздутие живота, пенистый стул и пр. В поведении могут быть заметны следующие изменения — даже если малыш с аппетитом приступает к еде, очень скоро он начинает плакать, поджимать ножки, отказываться от груди или бутылочки.

Важно: если ребенок с недостаточностью лактазы может съесть небольшое количество молочных продуктов без угрозы для жизни, то у малыша с аллергией на белок они могут спровоцировать отек Квинке и приступ удушья. Прием даже малого количества молока в этом случае недопустим!

Поэтому так важно вовремя диагностировать аллергию на молоко. Для этого обязательно нужно обратиться к педиатру. Самостоятельно поставить верный диагноз нельзя, даже обладая широкими знаниями в вопросе. Симптомы, характерные для заболевания могут указывать и на другие проблемы — например, пищевые отравления, кишечные инфекции, непереносимость других видов пищи. После клинических обследований врач выдаст заключение и даст рекомендации. Маме грудничка придется пересмотреть свой рацион, для малыша-искусственника доктор поможет подобрать новую смесь.

Газоотделение — Справочник химика 21

    Двухроторные насосы (насосы типа Рутса) могут работать при давлении па входе от атмосферного до 5-10 Па. Наиболее часто их используют для поддержания рабочего давления 10 —10″ Па в установках с большим газоотделением.   [c.15]

    Коэффициент использования окиси ртути в ртутно-цинковых элементах не достигает 100%, так как в них закладывается избыток этого вещества по отношению к цинку. Эта особенность позволяет предотвратить образование газов на положительном электроде в конце разряда из-за возможной смены токообразующей реакции. Повышенное газоотделение при нарушении применяемого соотношения активных веществ может вызвать повышение давления внутри герметичного элемента и привести к взрыву. [c.31]

    Скорость газоотделения (см /м -ч) при 20 С с поверхности стали [c.213]

    При опробовании вод учитываются генетическая природа исследуемых вод, геоморфологическое положение источника, литология, трещиноватость пород, дебит источника, газоотделение и т. д. Участки разгрузки подземных вод выявляются по температуре и изменению pH.

 [c.460]

    Кристаллохимические особенности структуры фторфлогопита обусловливают редкое сочетание важных технических свойств, определяющих широкие возможности использования этого материала в различных областях техники. Монокристаллический фторфлогопит легко расщепляется на тонкие (до 10—20 мкм) листочки, обладает высокой химической и температурной стойкостью, термостойкостью, прозрачностью в щироком оптическом диапазоне, низким газоотделением при высоких температурах в вакууме, низкими диэлектрическими потерями, высоким удельным и поверхностным сопротивлениями и другими свойствами (табл. 13). 

[c.81]

    Такой взгляд на природу включений иллюстрируется достаточно простым опытом. В тигель с открытым зеркалом расплава фторфлогопита при температуре расплава около 1450 °С опускается пластинка фторфлогопита. Расплав фторфлогопита совершенно прозрачен и не содержит визуально фиксируемых пузырьков газа. В момент соприкосновения пластинки с расплавом вокруг нее взрывообразно возникает огромное число пузырьков газа.

Если пластинку слюды оставить на некоторое время в контакте с расплавом, обеспечив через нее интенсивный теплоотвод, чтобы избежать расплавления, то процесс газоотделения затихает и прекращается. Извлеченная пластинка в части, контактировавшей с расплавом, не имеет ничего общего с фторфлогопитом и представляет собой агломерат стеклофазы, форстерита, селлаита и т. д. Если в расплав опускать металлическую, например молибденовую, пластинку, то газоотделения не наблюдается, хотя и существует граница раздела фаз. [c.55]

    Растворимость газов улучшается при повышении давления и, как правило, уменьшается с повышением температуры. Наглядным примером служит шампанское, которое при откупоривании (снижении давления) выделяет растворенный углекислый газ. При повышении температуры газоотделение увеличивается (то есть растворимость газа уменьшается). 

[c.601]

    В отличие от динамических систем статическая вакуумная система характеризуется очень низкими скоростями натекания и газоотделения.  [c.8]

    Чтобы устранить влияние газоотделения, при измерении натекания следует производить длительную откачку системы перед проверкой натекания, а также применять манометры с охлаждаемыми ловушками. Если ловушки нет, можно обмотать стеклянную трубку, соединяющую манометр с системой, ватой и залить ее жидким азотом. 

[c.537]

    Другие работы, включающие анализ очень малых количеств легких газов, были связаны с исследованием газоотделения катодов [1637] в течение 500 час работы. Установление состава этих газов дает возможность выявить их действие и действие продуктов их диссоциации на работу катода. В другом исследовании [1444, 1445, 1598, 1599] прибор с 60-градусным секторным магнитным полем и с отключающейся откачной системой использовали для исследования газов, выделяющихся с оксидных катодов в вакуумных системах. [c.496]

    Стационарным процессом откачки вакуумной системы называют такой процесс, при котором давление в любой точке, несмотря на откачку, сохраняется неизменным во времени (убыль газа из сосуда восполняется за счет натекания или газоотделения).

 [c.13]

    Селекционирующая система каждого анализатора состоит из трех трехсеточных каскадов. Анализаторы имеют одинаковую схему и различаются лишь длиной пространства дрейфа. Молекулы исследуемого газа ионизируются под действием электронов, испускаемых накаленным катодом, который удален из зоны прохождения потока молекул или ионов. Это значительно снижает фон прибора, возникающий в результате газоотделения катода. 

[c.83]

    Использование для турбулизации потока газов требует создания эффективной системы отделения их от раствора. Для этой цели могут быть применены различные методы. Одним из эффективных методов газоотделения является создание системы электролизер — сепаратор. Под действием подъемной силы газов, выделяющихся в узком межэлектродном пространстве, газожидкостная смесь выбрасывается в фазоразделитель, расположенный над электролизером. После отделения газов раствор самотеком поступает обратно в электролизер. [c.207]

    Технологическая схема процесса показана на рис. 4-16. Раствор из электролизера 7 поступает в газоотделитель 8, а затем в теплообменник 5. Охлажденный электролит далее направляют в кристаллизатор 3. Операции электролиза, газоотделения, охлаждения и кристаллизации образуют замкнутый контур по потоку электролита. Образующийся пероксоборат натрия отделяют от электролита на фильтрующей центрифуге 4, после чего сушат и упаковывают. [c.144]

    Малая поправка холостого опыта получается за счет небольшого количества графитовых деталей. Вместо графитового экрана используется кварцевый, тигель применяется уменьшенных размеров. Уменьшение газоотделения от стенок печи достигается охлаждением их проточной водой. [c.110]

    В Институте геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского АН СССР сконструирован и изготовлен аппарат, который позволяет определять газообразные примеси в металлах методом вакуум-плавления в различных его вариантах. Благодаря малому газоотделению прибора при холостом ходе (холостая поправка равна 0,01 мл за 15 мин. нри 1600°), возможностям получения температур выше 2000° и определении малых количеств экстрагированных газов, на приборе возможно анализировать все металлы, к которым применим метод вакуум-плавления. Чувствительность определения составляет для кислорода и азота 10″ — 10 вес.%, для водорода — [c.263]

    При выборе конструкционных материалов для сосудов Дьюара следуег учитывать несколько факторов, наиболее важными из которых являются механические свойства, теплопроводность, отражательная способность поверхностей, газоотделение и диффузионные свойства. Для оборудования транспортных установок существенное значение имеет вес материала. [c.413]

    Смотря по принятой конструкции, различным образом распределяется разность напряжений между отдельными ячейками и газоотделителем (земля), в зависимости от пути электролита в различных изолированных соединительных частях. Утечка тока, правда, не может быть таким образом устранена, но при выборе длинных изолированных отрезков она может быть хотя бы снижена. При этом легче также контролировать коррозию и заменять несколько поврежденные куски трубы. В некоторых специальных конструкциях для каждого из газов предусмотрены две главные сборные трубы, которые идут параллельно одна над другой. Верхняя служит главным образом для газа, а нижняя для электролита. Для облегчения газоотделения в отделитель вделывают сетчатое дно, через которое должен проходить электролит, насыщенный газом. [c.50]

    Указанным приемом можно пользоваться только в тех случаях, когда исследуемый силикат не реагирует с графитом, не восстанавливается в атмосфере СО или Нг и не вызывает газоотделения при назревании. Последнее обстоятельство представляет особые затруднения, так как большая часть природных силикатов при нагревании выделяет значительное количество газа. Можно рекомендовать предварительный прогрев исследуемого образца и, если возможно, то под вакуумом. [c.135]

    Предельный вакуум, или то наинизшее давление, которое можно получить в откачиваемом объеме, зависит не только от откачных средств, но во многом также и от герметичности и газоотделения стенок вакуумной аппаратуры. В связи с этим для получения в откачиваемом объеме заданного предельного вакуума при минимальном времени, затрачиваемом на процесс откачки, к самой вакуумной аппаратуре и материалам, используемым при ее изготовлении, предъявляется ряд специ-154 [c.154]

    Плотность газов в объеме манометрического преобразователя может не соответствовать плотности газа в вакуумной камере, так как преобразователь может выделять или поглощать газы. Это особенно заметно при малой проводимости соединительной трубки. Состав газов в преобразователе определяется зависимостью скоростей откачки манометра от рода газа, химическими процессами, происходящими при откачке, газоотделением стенок и электродов преобразователя, диффузией газов через баллон. Длина пробега электронов при постоянных плотности и состава газа зависит от изменений потенциала на стенках баллона и появления изолирующей пленки на электродах манометра. На энергию электронов оказывают воздействие ионный и электронный пространственный заряды, высокочастотные колебания и изменения плотности и состава газа. Эффективность коллекторов ионов и электронов зависит от потенциала на стенках баллона, плотности газа и пространственного заряда. [c.120]

    Если в манометре газоотделение преобладает над откачкой, то Р Р [c.121]

    Процесс получения изопропилбензола в присутствии фосфорнокислотного катализатора по методу фирмы иОР. В этом хорошо зарекомендовавшем себя процессе используют твердый фосфорнокислотный катализатор, обеспечивающий высокую селективность образования изопропилбензола. На современных установках синтеза имеется ряд усовершенствований, которые появились с момента разработки процесса, т. е. с яачала 30-х годов. В последних вариантах этих установок реактор сконструирован в расчете на восходящий поток смеси бензол — пропилен и на меньшее число слоев катализатора . При такой конструкции удается добиться значительно лучшего смешения реакционной массы и свести к минимуму образование димера и тримера пропилена, закалки не требуется, поэтому насосы, трубопроводы и разбрызгиватели (в реакторе) не нужны. Де-пропанизатор с кипятильником заменен системой ректификации с газоотделением, улучшена система рекуперации тепла, легированная сталь используется лишь в ограниченных количествах и только на отдельных участках установки в основном применяется углеродистая сталь. В результате этих усовершенствований удалось значительно сократить капитальные вложения и почти на одну треть уменьшить энергетические затраты. [c.251]

    Вакуумная система должна также удалять газы, десорбирующиеся с внутренних поверхностей объемов и конструкций, из которых состоит внутренняя часть печи. Имеются данные по газоотделению различных конструкционных материалов, значительно различающиеся. Для ориентировки приведем в табл. 7-5 данные по газоотделению малоуглеродистой и нержавеющей сталей. [c.213]

    Основная задача вакуумной техники заключается в изолировании определенного объема от окружающего пространства и откачке всех содержащихся в этом объеме газов. Используемые для ограничения пространства материалы преп5пч твуют этому, что проявляется в совокупном воздействии таких явлений, как натекание, проникнове-яие газов сквозь стенки, газоотделение и др.  [c.8]

    Исходные компоненты измельчали до получения частиц размером Величина навески составляла 2 г. Тщательно перемешанную исходную смесь требуемого состава загружали в лодочку, которую помещали на подставку внутри нагревательного элемента. Затем устанавливали стеклянный колпак и включали форвакуумный насос. По достижении вакуума 5 10″ мм рт. ст. включали нагреватели диффузионных насосов. После того, как достигался конечный вакуум, включали первую ступень трансформатора. В результате повышения температуры из-за увеличения газоотделения давление в системе возраста.ло, и следующую ступень включали лишь после восстановления в системе первоначального вакуума. Таким образом, путем последовательного включения ступеней трансформатора и выдерживания до восстановления первоначального вакуума достигалась температура 1000° С, при которой выход Р2О5 практически незначителен. Затем резко увеличивали напряжение на нагреватель до получения рабочей температуры опыта и с этого момента производили отсчет времени. При этом, вследствие достаточно полного предварительного прогрева всех частей установки и стабилизации режима, падение вакуума было незначительным. Повышение вакуума в про- [c.27]

    Бурное развитие сверхзвуковой авиации и космической техники, в том числе разработка конструкций возвращаемых космических аппаратов, которые должны успешно преодолевать плотные слои атмосферы, вызвало необходимость интенсивных поисков материалов для абляционных покрытий. Основными функциями абляционного слоя является предотвращение перегрева и разрушения летательного аппарата. Наибольшее распространение в качестве абляционных покрытий получили композиционные материалы на основе полиамидных волокон и фенолоформальдегидных связующих. Однако, как отмечает Энгел [54], использование таких материалов в ракетах земля — воздух является нежелательным, поскольку в процессе их абляции наблюдается выделение ионов, создающих радиопомехи, что затрудняет осуществление радиоуправления ракетами. Считают, что во избежание этого, необходимо применять особо чистые композиции, в частности на основе кремнеземного волокна, содержащего менее 25 млн , и эпоксидно-кремнийорганического связующего. В процессе абляции такого материала происходит обугливание отвержденного эпоксидного связующего и образование вспененного кремнийорганического полимера в процессе газоотделения и сублимации. Армирующий волокнистый наполнитель обеспечивает прочность материала. [c.342]

    В аппаратах для анализа газов в металлах в настоя тцее время применяются индукционные печи и печи сопротивления с графитовыми нагревателями. В печах сопротивления обычно имеется большое количество графитовых деталей, что приводит к значительному газоотделению при нагреве, и холостая поправка при 1650° достигает —0,1 мл за 15 мин. Между тем современные конструкции индукционных печей позволяют получать холостые поправки до 0,01 мл за 15 мин. Однако учитывая тот факт, что печп сопротивления не требуют дорогостоящего оборудования и позволяют применять тигли больших размеров, чем в печах с индукционным нагревом, в ряде случаен они могут быть использованы для определения газов в металлах методом вакуудг-плавления. Это возможно в тех [c.255]

    В период пуска и освоения содового производства введен ряд дополнительных усовершенствований — внедрение автоматического дозирования кокса при составлении шихты для известковых печей, замена коксовой насадки теплообменников дистилляции и промывателей на деревянную и кольца Рашига с целью снижения сопротивления аппаратов, улучшение газоотделения в конденсаторах дистилляции автоматизация подачи углекислого газа в карбонизационные колонны реконструкция топок содовых печей с увеличением их производительности. Были также введены в действие силос для хранения соды и машины для зашивки мешков с затарепным продуктом. [c.91]

    Практический результат подобных предложений сомнителен, так как при не слишком большом расстоянии между электродами без диафрагмы, если только нагрузка на них не очень мала, едва ли удастся так направить течение жидкости, как это было бы необходимо для хорошего газоотделения. Это относится, вероятно, и к предложению Rohde, I по которому диафрагма не нужна в том случае, если обращенные друг к другу стороны перфорированных электродов покрывать изолирующим слоем так, чтобы они работали только с задних сторон.  [c.43]

    Этого же достигают при помощи соответственно больших газовых пространств. В ваннах с внешним газоотделением отделители выбираются достаточно большими. Если же хотят избежать обусловленного этим повышения стоимости установки, то целесообразно применять автоматическое управление подачей воды, легко допускающее изменение установленной высоты. Такое приспособление необходимо регулировать от руки каждый раз соответственно нагрузке. Если Подача воаы зависит не о г уровня электролита, а от гидростатического давления на дне ванны (см. выше), то запасное свободное пространство должно быть, как легко видеть, равно только простому изменению уровня вследствие газонаполнения. [c.58]

    Вакуумная резина даже при комнатной температуре игу1Сст значительное газоотделение, которое резко увелк- [c.166]

---

Лестничные полимеры на основе пентиптицена с конфигурационным свободным объемом для улучшения характеристик разделения газов и устойчивости к физическому старению

Поскольку мы продолжаем стремиться к менее энергоемким промышленным разделениям, разделение газов на мембранной основе показало особые перспективы благодаря своей способности выполнять необходимое разделение без фазовых изменений или тепловой движущей силы, при этом обеспечивая простоту эксплуатации и возможность сокращения пространственных требований и снижения общего углеродного следа (1⇓⇓⇓ – 5). После теоретического анализа Фрименом в 1999 г. компромиссных соотношений проницаемости (пропускной способности газа) и селективности (эффективности разделения), которые бросают вызов полимерным газоразделительным мембранам, и предсказанных стратегий их преодоления, было предпринято множество исследовательских усилий для изучения этих возможных структурных оптимизаций, которые одновременно увеличить расстояние между цепями и жесткость (6). Одним из многообещающих классов полимеров, возникших в результате этих усилий, является класс полимеров с собственной микропористостью (PIM).Впервые описанный в 2004 году архетипический PIM, PIM-1, использовал негибкую лестничную основу со спироцентром, обеспечивая место искривления для доставки полимера с высоким свободным объемом из-за неэффективной упаковки цепей, что приводило к исключительной проницаемости при достаточной селективности, чтобы помочь переопределить (на тот момент) верхнюю границу с местоположения 1991 г. до местоположения 2008 г. (7⇓ – 9). Рождение этого нового класса полимеров вдохновило на создание более 700 публикаций по PIM, причем полимеры типа PIM помогли еще больше переопределить верхние границы для водородных и кислородных полимеров (H ₂ / N ₂ , H ₂ / CH ₄ и O ₂ / N ₂ ) в 2015 году и для разделения на основе диоксида углерода (CO ₂ / N ₂ и CO ₂ / CH ₄ ) в 2019 году, подчеркивая их постоянный потенциал в области мембранного разделения газов (10–12).

В дополнение к компромиссу между проницаемостью и селективностью, газоразделительные мембраны сталкиваются с серьезной проблемой, вызванной физическим старением, когда с течением времени начальный неравновесный избыточный свободный объем медленно схлопывается из-за сегментарного движения полимерных цепей, снижая газопроницаемость с сопутствующим повышением селективности . Эта проблема особенно актуальна для PIM, для которых большая часть своей начальной проницаемости теряется с течением времени, поскольку это в первую очередь результат конформационного свободного объема.Сам PIM-1 после старения 1380 дней испытал 80% -ное снижение его проницаемости для азота для пленки 102 мкм, что подчеркивает проблемы, которые может вызвать физическое старение при попытках продвижения полимера из лаборатории в коммерческое использование (13).

Помимо создания сверхжесткого полимерного каркаса, включение более постоянного, конфигурационного свободного объема за счет интеграции иерархических, устойчивых по форме молекул показало многообещающие возможности как для преодоления компромиссов потенциальной проницаемости, так и селективности, а также для обеспечения более плавных профилей старения.Одно такое семейство молекул, иптицены, широко применяется в высокоэффективных полимерах, которые способствовали переопределению верхних границ Робсона для их текущего местоположения, а также обеспечивают уникальные и исключительные улучшения разделения газов на основе старения (3, 4, 10). , 14⇓⇓⇓⇓⇓⇓ – 21). Иптицены, такие как триптицен и пентиптицен, обеспечивают путь для создания внутренних микрополостей с аналогичными режимами размера для соответствующих пар газов, а также возможность управления размером и распределением размеров этих областей свободного объема.С иптиценами, обеспечивающими внутренний свободный молекулярный объем (IMFV), который основан на конфигурации и присущ их сверхжесткой молекулярной структуре, в дополнение к их общей громоздкости и подвешенным ареновым лезвиям, они открывают возможность для многостороннего подхода для принятия как компромиссных соотношений, так и физических одновременно проблемы старения. Предыдущие исследования также показали, что одновременное включение иптиценов и должным образом размещенных групп заместителей в основную цепь полимера предлагает путь к изменению микроструктуры полимера и характеристик разделения из-за способности этих соседних боковых групп частично занимать естественные поры, внедренные молекулярная архитектура звена иптицена (14, 20–25).

В то время как полимеры на основе триптицена и PIM подвергались постоянным исследованиям, мало исследовалось включение пентиптицена в полимеры для газоразделительных мембран. Здесь мы сообщаем о серии лестничных полимеров на основе пентиптицена, включенных в качестве сополимеров с PIM-1, с использованием потенциала пентиптицена для химической модификации для изучения фундаментальных взаимосвязей структура-свойство в пределах ряда путем изучения различных конфигураций основной цепи и групп заместителей и их влияния на физические свойства полимеров и характеристики разделения газов.Даже когда они составляют лишь ~ 17% от общего количества полимера, интеграция PIM на основе пентиптицена в PIM-1 улучшает характеристики разделения газов как в условиях чистого, так и в смешанном газе, обеспечивая при этом исключительную эффективность разделения за счет старения.

Результаты и обсуждение

Синтез лестничных полимеров на основе пентиптицена с собственной микропористостью.

Исходя из коммерчески доступных исходных материалов, 2,3-диметоксиантрацен был синтезирован трехстадийным путем синтеза высокой чистоты.В результате циклоприсоединения Дильса-Альдера между 2,3-диметоксиантраценом и p -бензохинон были получены два тетраметоксифункционализированных изомера пентиптиценхинона (TMPQ-S и TMPQ-C), которые были очищены и разделены ( SI, приложение ) на колонке. хроматография в соответствии с ранее описанной процедурой (26). Для полимеризации с обычным мономером ПИМ-1 тетрафтортерефталонитрилом требуется тетрагидроксил-функционализация. Во-первых, хинон с центральным кольцом был преобразован в гидрохинон, обеспечивая путь для одновременной защиты центрального кольца от вовлечения в полимеризацию, а также позволяя включать объемную группу заместителя, которая может обеспечить дополнительную растворимость и возможность регулирования микропористости полимера (20). , 21).Это было достигнуто присоединением либо линейного заместителя n -пропокси (обозначенного -np), либо разветвленного изопропокси-заместителя (обозначенного -ip). Как только выбранное пропокси-звено присоединяется к центральному кольцу, четыре метокси-звена селективно превращаются в хиноны и, наконец, восстанавливаются до тетрафенолов (THPnP-S, THPiP-S и THPiP-C; типичная структура мономера пентиптицена, показанная на рис. 1 и SI Приложение , рисунки S2 – S4).

Рис. 1.

( A ) Тетрафункциональные структуры мономеров пентиптицена и общая схема синтеза S- и C-образных изопропокси и n -пропокси-замещенных в центральном кольце пентиптиценовых лестничных со-PIM на основе пентиптицена.Изменения энергии, соответствующие отклонениям в связанных двугранных углах (показаны цветом на структуре основной цепи) в репрезентативных гомополимерных повторяющихся звеньях PPIM-ip-S ( B ) и PPIM-ip-C ( C ).

Чтобы изучить влияние замещенных пентиптиценовых звеньев с различными конфигурациями основной цепи на свойства полимера и характеристики разделения газов, соответствующие мономеры были включены в сополимеры с обычно исследуемым PIM-1 в соотношении 1: 5 мономера пентиптицена к стандартному спиробисиндану. единица (5,5 ‘, 6,6′-тетрагидрокси-3,3,3′, 3′-тетраметил-1,1’-спиробисиндан), что приводит к ~ 17% моль PIM на основе пентиптицена (рис.1). Для номенклатуры PIM на основе пентиптицена (PPIM) имеют -ip или -np на основе изопропокси или n -пропокси заместителя и S или C на основе конфигурации мономера пентиптицена. Например, PPIM-ip-S относится к PIM на основе пентиптицена с изопропокси-заместительной группой в среднем кольце и S-образной основной цепью. Весь процесс синтеза, литье пленки и процедура определения характеристик были повторены второй раз для PPIM-ip-S, и значения, представленные здесь, являются средними значениями измерений двух соответствующих испытаний (данные отдельных измерений можно найти в приложении SI ). ).Кроме того, PIM-1 был синтезирован в качестве эталонного полимера в соответствии с ранее описанными процедурами (PIM-1; SI, приложение ) (7, 27). Тонкие пленки полимеров отливали в раствор 1,5% мас. / Об. В хлороформе с испарением от 1 до 3 дней с последующей выдержкой в ​​метаноле в течение 24 часов и последующей сушкой в ​​вакуумной печи при 120 ° C в течение 12 часов.

Характеристика полимеров PIM на основе пентиптицена.

Чтобы обеспечить понимание на молекулярном уровне влияния различных конфигураций основной цепи и групп заместителей на жесткость полимерной основной цепи для PPIM, было использовано молекулярное моделирование для анализа изменений энергии, которые происходят из-за отклонения двугранных углов внутри пентиптиценовой единицы.Чтобы исследовать жесткость лестничной структуры на основе пентиптицена по сравнению с структурой PIM-1, для гомополимерных аналогов, имитирующих повторяющуюся единицу областей пентиптицен-PIM, были выбраны три различных двугранных угла, и была рассчитана энергия, связанная с изменениями этих углов (рис. 1 B и C ). Соответствующие расчеты были выполнены для двух двугранных углов, выбранных из PIM-1, и результаты показали хорошее согласие с ранее сообщенным молекулярным моделированием PIM-1 ( SI Приложение , рис.S10) (28). Пентиптицен-PIM и PIM-1 оба содержат аналогичные диоксановые звенья в своих основных цепях, и это подчеркивается сопоставимыми энергетическими ямами для соответствующих двугранных углов, охватывающих диоксановые звенья. Однако по сравнению со спиробисиндановым звеном два двугранных угла, представляющие пентиптиценовое звено, демонстрируют гораздо более узкую энергетическую ценность, подчеркивая негибкость пентиптиценового фрагмента. Эта повышенная жесткость скелета, обусловленная пентиптиценовым звеном, наряду с уникальной архитектурой пентиптиценов, обеспечивающей внутренние микрополости, подчеркивает потенциал включения пентиптицена в полимер лестничного типа.

Чтобы понять взаимосвязь между структурой и свойствами, обусловленную уникальными формами основной цепи и боковыми группами, а также их индивидуальное влияние на свойства полимера, полимерные порошки прошли адсорбционные испытания N ₂ ( SI Приложение , рис. S13) для изучения микропористости с помощью Brunauer. –Эммет-Теллер (БЭТ) анализ площади поверхности, а также изучение распределения пор по размерам (PSD) с помощью нелокальной теории функционала плотности (NLDFT; SI Приложение , рис. S14). Хотя различные истории пленок и потенциальное набухание во время адсорбции N ₂ ограничивают истинный анализ площади внутренней поверхности в пределах PIM, анализ площади поверхности BET действительно дает некоторое представление для сравнения между различными PIM (12, 29).Для чистого PIM-1, согласно литературным данным, площади поверхности по БЭТ обычно находятся в диапазоне от 600 до 900 м ² / г, что помещает наблюдаемое здесь значение 584 м ² / г в разумный диапазон (7, 30). С пентиптиценом, присутствующим в сополимерах ППИМ в количестве ~ 17%, аналогичные площади поверхности по БЭТ от 564 до 604 м ² / г наблюдались для всех сополимеров, содержащих изопропоксизаместительную группу, независимо от конфигурации основной цепи. Сополимер, содержащий линейный заместитель n -пропокси, PPIM-np-S, показал более низкую площадь поверхности по БЭТ, равную 281 м ² / г.Это согласуется с результатами других серий PIM на основе иптицена, в которых сравнимое уменьшение площади поверхности по БЭТ наблюдалось при переходе от мостикового заместителя с разветвленной цепью к линейному алкильному звену, вероятно, из-за большего разрушения упаковки полимерной цепи из-за менее гибкого, более объемная разветвленная цепь в отличие от ее линейного изомера (15, 16). Анализ NLDFT обеспечивает путь к базовому пониманию PSD, в отличие от предоставления подробной субструктуры, и дает некоторую перспективу для общих сравнений между полимерами.PSD для ряда представлены в приложении SI , рис. S14 и выделяют аналогичные необработанные результаты NLDFT относительно того, что наблюдается в другой литературе по PIM-1 (31). Наблюдаются два основных пика: один около 7-8 Å и второй пик, предположительно являющийся пиком артефакта в режиме от 10 до 14 Å (31). Аналогичные интенсивности в пределах PSD наблюдаются для изопропоксисодержащих полимеров для пика около 7 Å, тогда как гораздо меньшая интенсивность наблюдается в PPIM-np-S с линейным заместителем n -пропокси.Небольшие сдвиги в местоположении основного пика наблюдаются при сравнении PSD, но из-за анализа, проводимого на полимерах в форме порошка, и проблем, уже наблюдаемых в типичном анализе NLDFT, таких как ранее упомянутое присутствие пиков артефактов, потенциал для набухание, вызванное адсорбцией N ₂ , а также различное физическое состояние полимера из-за низких температур (77 К) по сравнению со стандартными условиями проникновения, из этих незначительных сдвигов пиков нельзя сделать никаких серьезных выводов (12, 32) .

Все сополимеры были синтезированы с достаточной молекулярной массой ( SI, приложение , таблица S1) для образования прочных тонких пленок с толщиной от 86 до 109 мкм (точная толщина пленок, используемых для испытаний на проницаемость газа, указана в SI, приложение , таблица S2) и ¹ H-ЯМР использовали для подтверждения структуры полимера ( SI, приложение , рис. S5 – S7). Термогравиметрический анализ (ТГА) и дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) были выполнены для определения термических свойств полимеров.Все сополимеры продемонстрировали хорошую термическую стабильность с 10% разложением, происходящим при температуре выше ~ 440 ° C для всех в серии ( SI, приложение , таблица S1). Подобно тому, что обычно наблюдается в лестничных полимерах, подобных PIM-1, не наблюдается явной температуры стеклования до начала термического разложения (33).

Стекловидные полимерные мембраны в первую очередь регулируются диффузией и зависят от структуры свободного объема, присутствующей в мембране. Измерения плотности и последующие расчеты фракционного свободного объема (FFV) с помощью метода группового вклада были выполнены для исследования общего FFV в пределах ряда ( SI Приложение , Таблица S1).PPIM-ip-C показал самый высокий FFV 25,2%, возможно, из-за самой извилистой С-образной конфигурации магистрали серии, в то время как PPIM-ip-S показал самый низкий FFV 20,1% из-за его более симметричного лестничного профиля, что позволяет для более эффективной цепной упаковки. PPIM-np-S, по сравнению с его изопропоксизамещенным аналогом, на самом деле показал немного более высокую FFV, 21,4%, в отличие от наблюдений площади поверхности БЭТ, которые указали на меньшую площадь поверхности из-за присутствия более гибкого, менее объемного звена-заместителя.PIM-1 показал FFV 21,4%, что немного ниже диапазона зарегистрированных FFV PIM-1, который обычно падает с 24 до 26% (34). PPIM-ip-C показал более высокий FFV, чем PIM-1 FFV, наблюдаемый здесь, со сравнимыми FFV с PIM-1 для других сополимеров в серии, хотя и немного ниже, чем указанные в литературе значения. Это может быть связано с наличием довольно гибких групп заместителей на основе простого эфира, которые могут занимать свободный объем, который в противном случае не был бы занят в чистом PIM-1.

Из-за взаимосвязанного характера межцепочечного расстояния, FFV и общей газопроницаемости в полимерах были собраны данные широкоугольного рентгеновского рассеяния (WAXS) для дальнейшего изучения влияния различных конфигураций основной цепи и заместителей на общую микроструктуру полимера. (Инжир.2). Как типично для аморфных полимерных мембран и лестничных полимеров типа PIM-1, наблюдались множественные широкие пики в диапазоне значений расстояния d . Для чистого PIM-1 в WAXS обычно наблюдается до четырех пиков, соответствующих различным расстояниям между цепями, и здесь были идентифицированы сопоставимые пики. Небольшой слегка видимый пик около 4 Å типичен для ароматических систем, содержащих π – π-стэкинг-взаимодействия, а пик при ∼5 Å соответствует областям более эффективной упаковки полимерных цепей (35–38).Пик, расположенный в диапазоне 7 Å, относится к областям неэффективно упакованных полимерных цепей, возникающих из-за жесткой, искаженной лестничной структуры основной цепи, в то время как последний пик при ∼10 Å относится к расстоянию между звеньями, содержащими присутствующие спироуглеродные атомы. в частях полимерных цепей ПИМ-1. Наиболее заметным в этой серии является небольшой сдвиг пика в область более высокого расстояния d для пика, относящегося к областям неэффективной укладки цепей в основной цепи лестницы, который, как обычно сообщается, составляет около 6.От 5 до 6,6 Å в чистом ПИМ-1 (35⇓⇓ – 38). Во всех исследованных здесь PPIM на основе пентиптицена наблюдается сдвиг ближе к диапазону от 7 до 7,4 Å, что, вероятно, может быть связано с присутствием объемного пентиптиценового звена, обеспечивающего дополнительную конфигурационную жесткость, наряду с боковыми алкильными заместителями, выступающими из полимера. скелет, потенциально увеличивая расстояние между полимерными цепями. Для сополимеров, содержащих одну и ту же группу изопропокси-заместителей, но разные конфигурации основной цепи, наблюдались небольшие сдвиги в режиме неэффективно упакованных пиков, как показано на рис.2 А . С-образный каркас, по-видимому, обеспечивает сдвиг в сторону еще более неэффективной упаковки, немного смещаясь в сторону более высоких значений расстояния d (немного больше, чем ∼7,4 Å), вероятно, из-за его более извилистой структуры каркаса по сравнению с S-образной формой. Для сравнения, пик PPIM-ip-S в диапазоне неэффективной упаковки наклоняется ближе к ∼7 Å. PPIM-ip-S и PPIM-np-S также сравнивали для изучения возможных различий в упаковке, вызванных линейной замещающей группой n -пропокси в отличие от разветвленной изопропоксигруппы (рис.2 В ). Никаких значительных сдвигов не наблюдается в режиме неэффективной упаковки около 7,4 Å, вызванных двумя разными боковыми группами; тем не менее, небольшой сдвиг может наблюдаться в области, связанной с более эффективной упаковкой цепи, где PPIM-ip-S, содержащий изопропоксизаместитель, может быть сдвинут на несколько большее расстояние d (более 5 Å), чем PPIM-np-S. . Этот сдвиг, вероятно, можно отнести к более жесткому и объемному изопропокси-звену, обеспечивающему лучшее разрушение упаковки цепи, чем его более гибкий линейный изомер.Кроме того, поскольку физическое старение обычно оказывает значительное влияние на характеристики PIM и стеклообразных полимеров в целом, был исследован выдержанный образец PPIM-ip-C, чтобы предсказать любые эффекты, которые физическое старение может иметь на межцепочечное расстояние в полимере. Однако не наблюдалось значительных различий между спектрами WAXS свежей и состаренной пленок PPIM-ip-C, что указывает на то, что в масштабе, который может сообщить WAXS, не произошло никаких очевидных серьезных изменений в микроструктуре полимера (рис.2 C ), хотя локальные сегментарные перестройки все еще возможны.

Рис. 2. Спектры

WAXS свежих пленок с S- и C-образной конфигурацией основной цепи и одним и тем же разветвленным заместителем ( A, ), разветвленными по сравнению с линейными заместителями в свежих пленках с S-образной конфигурацией основной цепи ( B ) , и свежий PPIM-ip-C по сравнению с его 150-дневной версией ( C ).

Эффективность отделения чистого газа от свежей пленки.

Для проверки свойств газопроницаемости H ₂ , CH ₄ , N ₂ , O ₂ и CO ₂ в пределах серии PPIM, чистый постоянный объем и переменное давление — использовалась система газопроницаемости.Поскольку полимеры, особенно те, которые содержат большой свободный объем, чувствительны к множеству факторов в процессе обработки пленки и термической истории, все свежеотлитые пленки пропитывались метанолом в течение 24 часов, а затем сушились в вакуумной печи при 120 ° C в течение 12 часов перед проникновением. тестирование. Данные проницаемости и селективности для серии PPIM можно увидеть на рис. 3 A и B и в приложении SI , таблице S2, причем порядок проницаемости соответствует тенденции чистого PIM-1 (P _CO2 > P _h3 > P _O2 > P _N2 > P _Ch5 ) для каждого из полимеров на основе пентиптицена.Хотя описанные здесь сополимеры содержат только около 17% замещенного пентиптиценового звена, можно наблюдать некоторые явные различия по сравнению с чистым PIM-1. Для всех свежих пленок, содержащих разветвленный изопропокси-заместитель, независимо от конфигурации основной цепи, проявилось несколько тенденций (рис. 3 A и B ). PPIM-ip-S и PPIM-ip-C продемонстрировали очевидное увеличение проницаемости H ₂ на 17-21%, что совпадает либо с очень сопоставимой, либо с немного сниженной проницаемостью в CH ₄ , N ₂ и O _{. 2} .Это привело к тому, что каждый из соответствующих PPIM на основе изопропоксида показал более высокую селективность H ₂ / CH ₄ , H ₂ / N ₂ и O ₂ / N ₂ . В то время как PIM-1 по-прежнему демонстрировал несколько более высокую проницаемость CO ₂ , чем все соответствующие PPIM, селективности CO ₂ / CH ₄ и CO ₂ / N ₂ для всех PPIM на основе изопропоксида были очень сопоставимы с таковыми. ПИМ-1, без явной тенденции. Более резкое различие наблюдали между PPIM-np-S, содержащим линейную замещающую группу n -пропокси, и серией PPIM-ip на основе изопропокси и PIM-1.В соответствии с результатами анализа площади поверхности по методу БЭТ, PPIM-np-S показал гораздо более низкую проницаемость для свежей пленки, чем любой другой PPIM в этой серии. Эти более низкие проницаемости совпадали с умеренно более высокой селективностью, по-прежнему обеспечивая общую производительность PPIM-np-S выше верхней границы 2008 г. (Рис. 3 E ). Хотя присутствие более гибкого линейного заместителя может занимать некоторые из пустот свободного объема, приводя к снижению проницаемости, похоже, что это оказывает гораздо большее влияние на более крупные газы, таким образом обеспечивая значительно повышенную селективность по сравнению с его изопропоксизамещенными компаньонами.Что касается эффекта лестничной конфигурации, вызванного пентиптиценовым звеном (т.е. PPIM-ip-C по сравнению с PPIM-ip-S), он, по-видимому, имеет ограниченное влияние на результаты газопроницаемости, возможно, из-за низкого содержания пентиптиценового звена. Таким образом, мы пока не можем сделать какие-либо конкретные выводы о влиянии конфигурации лестницы на газотранспортные свойства. Дальнейшие исследования сополимеров с более высоким содержанием пентиптицена продолжаются и дадут понимание по этой теме.

Рис. 3. Проницаемость

при 30 фунтах на квадратный дюйм ( A ) и селективность ( B ) свежеотлитых пленок для PIM на основе пентиптицена: сополимеры PIM-1 1: 5 и PIM-1.Проницаемость ( C ) и селективность ( D ) свежего и выдержанного PPIM-ip-C (данные о проницаемости 30 фунтов на кв. Дюйм) и PPIM-np-S (данные о проницаемости 130 фунтов на квадратный дюйм). Графики верхней границы Робсона для ( E ) H ₂ / CH ₄ и ( F ) O ₂ / N ₂ ; все данные представлены при 30 фунтах на квадратный дюйм, за исключением PPIM-np-S, который сообщается при 130 фунтах на квадратный дюйм.

Уникальные характеристики повышенного старения в PPIM на основе пентиптицена.

Физическое старение — серьезная проблема, с которой сталкиваются газоразделительные мембраны с точки зрения их потенциала перехода из лаборатории в промышленность.Это особенно актуально для микропористых полимеров типа PIM, проницаемость которых часто со временем существенно снижается, что обычно сопровождается либо соответствующим увеличением селективности, но иногда и значительным увеличением селективности по сравнению с потерей проницаемости (3, 13, 39). . Например, пленка PIM-1 толщиной 102 мкм претерпела снижение проницаемости для азота на 80% после старения 1380 дней (13). Чтобы исследовать, как вариации структуры (например, S-образная форма по сравнению с C-образной формой и -ip по сравнению с -np замещения) могут влиять на физическое старение пентиптиценсодержащих лестничных полимеров, два типичных сополимера (т.например, PPIM-np-S [90 мкм] и PPIM-ip-C [109 мкм]) подвергали старению в условиях окружающей среды в течение 60 или 120 дней, и кусок исходной пленки испытывали после соответствующего периода старения. После 60 или 120 дней старения у обоих сополимеров наблюдались атипичные профили старения с резким увеличением проницаемости для всех газов по сравнению со свежими пленками, что резко контрастирует со всеми ранее описанными микропористыми лестничными полимерами, проницаемость которых со временем значительно снижается (рис. 3 C и D ).Интересно, что проницаемость, повышенная за счет старения, сопровождалась почти поддерживаемой селективностью для С-образной конфигурации (т. Е. PPIM-ip-C) и умеренно сниженной или поддерживаемой селективностью, совпадающей с большим увеличением проницаемости для S-образного сополимера (т. Е. ППИМ-нп-С). Для обоих полимеров это значительно улучшает их положение относительно верхней границы Робсона после этого периода старения (рис. 3 E и F ). Для прямого систематического сравнения полимер PIM-1 был синтезирован, очищен, отлит и состарен в соответствии с процедурами, идентичными процедурам для PPIM, и его газопроницаемость проверена через 45 дней с толщиной пленки 82 мкм.По сравнению с опубликованными данными о проницаемости свежего PIM-1 (13, 40), выдержанная пленка следовала тенденции, обычно наблюдаемой в PIM-1, давая гораздо более низкие проницаемости, сопровождаемые незначительным повышением селективности только через 45 дней. Чтобы изучить любые потенциальные структурные изменения, которые могут произойти в сополимерах PPIM в процессе старения, ¹ H-ЯМР ( SI, приложение , рис. S8) и инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) ( SI, приложение , рис. S9) были выполнены на кусках состаренных пленок из PPIM-ip-C.Для ¹ H-ЯМР были проанализированы пленки PPIM-ip-C, выдержанные в возрасте 88 и 970 дней, и не было обнаружено заметной разницы в пиках протонов основной цепи. Используя FTIR, были исследованы пленки образцов PPIM-ip-C с возрастом 88 и 970 дней. Чтобы предоставить дополнительные доказательства стабильности полимера с течением времени, пленка, состаренная на 88 дней, была подвергнута обработке метанолом (вымачивалась в метаноле в течение 24 часов, а затем 12 часов в вакуумной печи при 120 ° C), чтобы обратить вспять эффект старения, как это часто применяется. к PIM-подобным полимерам в литературе. Однако между всеми тремя спектрами FTIR не наблюдалось значительных изменений в структуре.Это в сочетании с данными ¹ H-ЯМР указывает на то, что сополимеры PPIM стабильны во времени. Кроме того, во время старения не происходило никаких изменений внешнего вида и размеров пленки.

Эта уникальная характеристика старения, показанная в серии на основе пентиптицена, вероятно, может быть связана с несколькими сопутствующими факторами. Во-первых, включение пентиптиценового звена соответствующей формы в основную цепь лестницы вместе с его соответствующими алкильными боковыми цепями может препятствовать способности полимерной цепи разрушаться с течением времени, сохраняя конформационный свободный объем.Во-вторых, пентиптицен, как и другие иптицены, такие как триптицен, обеспечивает более постоянный собственный свободный объем, создаваемый скелетом пентиптицена, расположенным между лопастями пентиптицена. Также называемый IMFV, это присуще пентиптиценовой единице и считается конфигурационным свободным объемом и, следовательно, не подвержен коллапсу с течением времени в процессе физического старения, поскольку обычный конформационный свободный объем может уступить (3, 4, 12, 41) . Наконец, хотя IMFV этих пентиптиценовых звеньев менее подвержен традиционному старению, существует вероятность того, что эти микрополости могут быть заняты небольшими группами заместителей в непосредственной близости от пентиптиценового звена.Наблюдаемая здесь улучшенная проницаемость с течением времени потенциально может быть объяснена открытием микрополостей, изначально занятых изопропокси или n -пропокси звеньями на соседних пентиптиценовых фрагментах, где полимерные цепи, претерпевая свою локальную сегментарную подвижность во время процесса старения, вызывают частичное ослабление этих групп заместителей. или полностью освободить МВФВ, которое они, возможно, ранее занимали. Этот механизм «частичного заполнения» был предложен и упоминается в других полимерах, включающих иптицены в основные цепи полимера с различными группами заместителей, где эти группы могут первоначально частично или полностью блокировать эти микрополости (3, 20, 21, 24, 25).Для сополимеров PPIM, описанных здесь, этот механизм дополнительно подтверждается наблюдением, что PPIM-np-S с линейным замещением n -пропокси испытывал гораздо большее увеличение проницаемости с течением времени, чем PPIM-ip-C с объемным изопропоксизаместителем, поскольку n -пропокси-звено более доступно для заполнения или эвакуации микропустот IMFV из-за его линейной и более гибкой природы по сравнению с разветвленным изопропокси-звеном. Однако дальнейшая оценка механизма, лежащего в основе этого необычного явления старения, все еще необходима для подтверждения, возможно, за счет использования анализа микроструктуры пленок до и после старения с использованием спектроскопии времени жизни аннигиляции позитронов или дополнительных методов исследования микроструктуры полимера.

Разделение смеси газов PIM на основе пентиптицена.

Другой серьезной проблемой, с которой сталкиваются полимерные газоразделительные мембраны, является проблема пластификации, когда конденсируемые газы, такие как CO ₂ , могут вызывать набухание внутри полимера, что приводит к большему увеличению проницаемости для более крупных газов, чем для более мелких, что резко снижает селективность. В то время как данные о проницаемости для чистого газа обычно обеспечивают идеальные значения разделения, анализ смешанных газов может обеспечить эффективность разделения, более сопоставимую с условиями, с которыми полимерная мембрана может фактически встречаться в промышленности.Для изучения характеристик мембраны в условиях смешанного газа, два сополимера, PPIM-ip-C (возраст 220 дней) и PPIM-np-S (возраст 10 дней), были испытаны при соотношении подачи CO ₂ : CH ₄ . [см ³ (STP) / мин CO ₂ : см ³ (STP) / мин CH ₄ ] 20:80 и 50:50, с общим давлением 100, 150 и 180 фунтов на квадратный дюйм (фунт / кв. дюйм), измеренный при каждом соотношении подачи (рис. 4). Для обоих сополимеров проницаемость CO ₂ снижалась в условиях смешанного газа с увеличением парциального давления CO ₂ из-за ожидаемой конкурентной сорбции с сопутствующим газом CH ₄ , что согласуется с опубликованными результатами для PIM-1 в смешанном газе. условия (32).Для мембран с плохой стойкостью к пластификации это часто приводит к значительному увеличению проницаемости по CH ₄ , что значительно снижает селективность по CO ₂ / CH ₄ . Для тестируемых здесь PPIM на основе пентиптицена, хотя наблюдалось существенное снижение проницаемости CO ₂ по сравнению с результатами для чистого газа, они сопровождались неожиданным увеличением селективности CO ₂ / CH ₄ в смешанном газе. условия. Например, PPIM-ip-C (возраст 220 дней) показал селективность 15 по CO ₂ / CH ₄ .2 при соотношении подачи 20:80 CO ₂ / CH ₄ при 100 фунт / кв. Дюйм, что более селективно, чем его идеальная селективность для чистого газа ~ 10 (для свежих или выдержанных проб чистого газа). Аналогичные результаты наблюдались для PPIM-np-S (выдержанный 10 дней), который показал прирост селективности с 17,6 в данных по свежему чистому газу до 25,9 при соотношении подачи 20:80 CO ₂ / CH _{. 4} при 100 фунтах на кв. Дюйм. Кроме того, как видно на рис. 4, ни один из полимеров не продемонстрировал резкого снижения селективности с увеличением парциального давления CO ₂ , причем каждый из них испытывал снижение селективности на ~ 20% при переходе от парциального давления CO ₂ , равного ~ 2.От 4 до ∼7,1 атм (атмосферное давление). Для сравнения, PIM-1 показывает, что его проницаемость для смешанного газа CO ₂ падает с ∼5500 до ∼5000, а его селективность для смешанного газа CO ₂ : CH ₄ падает с ∼14 до ∼10 при изменении давления от 2 бар. до 7 бар, что означает снижение селективности почти на 30% в этом диапазоне (32). Это умеренное сопротивление пластификации, наблюдаемое в серии PPIM, вероятно, может быть связано со способностью жесткого пентиптиценового звена поглощать молекулы абсорбированного газа без чрезмерного набухания мембраны из-за его собственного конфигурационного свободного объема (23, 42).

Рис. 4.

CO ₂ , проницаемость ( A ) и селективность CO ₂ / CH ₄ ( B ) двух сополимеров PPIM на основе пентиптицена, испытанных в условиях проницаемости смешанных газов. Заполненные точки протестированы при соотношении подачи 20:80 CO ₂ : CH ₄ при 100, 150 и 180 фунтов на квадратный дюйм, в то время как открытые точки представляют собой соотношение подачи 50:50 CO ₂ : CH ₄ также при общем давлении 100, 150 и 180 фунтов на квадратный дюйм. ( C ) График верхней границы Робсона, представляющий эффективность разделения чистого и смешанного газа для PPIM-ip-C и PPIM-np-S.

Разделительный газ — обзор

3.3.1 Разделение газа: основы и механизмы транспортировки

Разделение газа в мембранах происходит из-за различий в переносе различных частиц, протекающих через саму мембрану. Как пористые неорганические мембраны ¹ , так и плотные полимерные мембраны могут использоваться в качестве барьеров для селективного разделения газов, но большинство мембран, используемых при разделении газов, изготовлены из полимеров, таких как производные целлюлозы, полисульфон, полиимиды и полиамиды.В зависимости от размера пор перенос газа в неорганических мембранах может происходить по разным механизмам. Рисунок 3.7 иллюстрирует некоторые из различных механизмов проникновения газа через пористые и плотные мембраны.

3,7. Механизмы транспорта газа через пористые и плотные мембраны.

При больших порах — от 0,1 до 10 мкм — газы проникают через мембрану конвективным потоком (и разделения не происходит). Это случай проникновения через макропористые мембраны. Наоборот, мезопористость учитывает столкновения молекул со стенками поры, которые происходят чаще, чем столкновения между молекулами, и поэтому молекулярная диффузия является преобладающей.В этом случае длина свободного пробега молекул газа больше размера поры. Такая мезопористая мембрана представляет собой конгломерат капилляров, больших и малых, прямых и извилистых; диффузия регулируется механизмом Кнудсена, и в соответствии с кинетической теорией скорость переноса любого газа обратно пропорциональна квадратному корню из его молекулярной массы ( закон диффузии Грэма ). Наконец, если поры мембраны чрезвычайно малы (<2 нм), то газы отделяются, например, с помощью молекулярного сита.Транспорт в этих мембранах очень сложен и включает диффузию в газовой фазе и (однослойную или многослойную) поверхностную диффузию, которая происходит, когда проникающие частицы проявляют сильное сродство к поверхности мембраны и адсорбируются вдоль стенок пор.

С другой стороны, в плотных полимерных материалах поведение в первую очередь контролируется соотношениями растворимости и диффузии. Раствор-диффузия широко считается основным механизмом переноса газов через плотные полимерные мембраны.Как уже было сказано, этот механизм обычно рассматривается как трехэтапный процесс: во время проникновения газ абсорбируется на одной поверхности мембраны (на стороне входа), диффундирует через полимерную матрицу и десорбируется на стороне выхода. Проникновение газов зависит как от диффузии, так и от градиента концентрации частиц вдоль мембраны. Как правило, движущая сила для избирательного переноса веществ через мембрану обычно связана с градиентом концентрации, давления, температуры, электрического потенциала и так далее.В следующем разделе, обращаясь к механизму диффузии раствора, будет рассмотрена разность парциальных давлений, удобно выраженная в единицах мольных долей фаз ретентата и пермеата.

Ключевыми параметрами, определяющими характеристики мембраны, являются проницаемость и селективность.

Коэффициент проницаемости или проницаемости ( P ) (моль · м · м ^{— 2} · с ^{— 1} · Па ^{— 1} ), который представляет собой коэффициент пропорциональности с потоком в устойчивом состоянии конкретного газ через мембрану:

[3.1] Pδ = QA⋅Δp

, где δ — эффективная толщина мембраны, Q — скорость проникновения газа через мембрану, A — площадь поверхности мембраны и Δ p — перепад давления на мембране. . Это феноменологический закон, который представляет собой меру количества компонента, проникающего через мембрану; обычно принимается за единицу коэффициента проницаемости 1 баррер, который равен 10 ^{— 10} см ³ (STP) см / (см ² с см рт. ст.) или моль / (м с Па) в единицах СИ. (Ямполкий, 2011).

Проницаемость зависит, в самом общем случае, от температуры, природы газа и химической и физической структуры полимера. В частности, она увеличивается с увеличением конденсируемости газа из-за самой высокой сорбции в полимере.

Селективность идеального газа, которая определяется как отношение коэффициентов проницаемости, поскольку проникновение различных газов происходит независимо (например, в случае проницаемости одного газа):

[3.2] αij = PiPj

Этот параметр является мерой способности мембраны разделять два газа. Как правило, производительность мембраны связана с проницаемостью, тогда как количество стадий мембраны, необходимых для данной чистоты, и / или количество продукта, которое теряется во время процесса, связано с селективностью. Коэффициент проницаемости связан как с коэффициентом диффузии ( D , который измеряет подвижность молекул внутри мембраны), так и с коэффициентом растворимости ( S , который измеряет растворимость молекул газа внутри мембраны).Взаимосвязь между проницаемостью, коэффициентом диффузии и растворимостью для общего компонента i описывается следующим образом:

[3.3] Pi = Di⋅Si

, где D — коэффициент диффузии (м ² / с) и S коэффициент растворимости (моль / м ³ Па).

Как сказано, коэффициент диффузии D отражает подвижность отдельных молекул в мембране; тогда как коэффициент растворимости S отражает количество молекул, растворенных в мембране.Растворимость в основном увеличивается с увеличением молекулярной массы, тогда как коэффициент диффузии уменьшается.

Часто толщина мембраны неизвестна из-за трудностей измерения, а также может быть непостоянной по всей мембране. В этих случаях величина, характеризующая скорость проникновения газа через мембрану, является проницаемостью, P / δ (см ³ (STP) см / (см ² с см рт. Ст.) Или моль / (м с Па)) , определяемый как поток через мембрану, нормированный движущей силой.Иногда проницаемость также выражается в GPU (единицах газопроницаемости): 1 GPU = 10 ^{— 6} см ³ (STP) см / (см ² с см рт. Ст.).

Поскольку проницаемость равна произведению коэффициентов диффузии и растворимости компонентов газа (уравнение [3.3]), селективность также можно записать как:

[3.4] αij = SiSjDiDj

Следует подчеркнуть, что Как правило, невозможно предсказать массоперенос смеси, исходя из измерений отдельных компонентов.Дальнейшие исследования по разделению газов и паровых смесей имеют большое значение, потому что эффективность разделения мембран для практических применений является решающим параметром. Тем не менее, идеальная селективность по проницаемости удобна, потому что в отсутствие сильного взаимодействия между проникающими газами можно использовать коэффициенты проницаемости чистых газов. И наоборот, в случае смесей, как правило, присутствуют сильные взаимодействия между проникающими компонентами, и поэтому другой параметр более важен для проектирования мембранной установки: коэффициент разделения SF .Для бинарной смеси компонентов i и j она определяется как:

[3.5] SFij = Yi / YjXi / Xj

, где Y и X — молярные концентрации в пермеате и на стороне подачи. соответственно, а индексы i и j относятся к двум компонентам смеси. Во время экспериментов X _i и X _j фиксируются условиями эксперимента, тогда как Y _i и Y _j должны определяться с помощью газовой хроматографии или масс-спектрометрии.Коэффициент разделения определяется как всегда> 1 и зависит от условий эксперимента, таких как перепад давления или абсолютное давление подаваемого газа. В реальных системах коэффициент диффузии D и коэффициент растворимости S могут быть функциями концентрации, поэтому теоретический анализ усложняется. D _i / D _j , отношение коэффициентов диффузии двух газов, часто называется селективностью диффузии и связано с разным размером молекул.С другой стороны, соотношение коэффициентов растворимости двух газов, S _i / S _j , отражает относительную сорбцию газов и может рассматриваться как селективность растворимости. Этот термин определяет общую селективность резиновых полимеров.

Коэффициент диффузии уменьшается с увеличением размера молекул в полимерных материалах. Фактически, большие молекулы взаимодействуют с большим количеством сегментов полимерной цепи по сравнению с маленькими молекулами; тогда как селективность подвижности всегда способствует переносу малых молекул по сравнению с большими.Когда селективность мембраны слишком низкая, потребуется более одной мембранной ступени. Это увеличит капитальные и эксплуатационные расходы из-за требуемой дополнительной площади мембраны и повторного сжатия между ступенями. Инвестиционные затраты на компрессор, вакуумный насос и мембранную зону должны быть сбалансированы с эксплуатационными расходами (Vansant, 1990; Baker, 2004; Javaid, 2005).

Каучуковая мембрана представляет собой аморфный полимерный материал, который действует при температуре выше T _г в условиях термодинамического равновесия.В этих мембранах низкомолекулярная сорбция обычно описывается законом Генри для случаев, когда сорбированные концентрации низкие:

[3,6] CD = KDf

, где C _D — концентрация газа в матрица мембраны, K _D постоянная закона Генри и f летучесть (мера химического потенциала) рассматриваемого газа. Для резиноподобных полимеров и низких концентраций пенетранта коэффициент диффузии D _D обычно постоянен, а P не зависит от давления подачи.В случае наличия высокой активности газов или паров наблюдается отклонение от закона Генри сорбции. В резиноподобных мембранах перенос молекул обычно описывается механизмом раствор-диффузия, в результате чего раствор с низкой молекулярной массой в каучукообразных полимерах аналогичен проникающей сорбции в жидкости с низким молекулярным весом.

Стекловидная мембрана представляет собой аморфный полимерный материал, который работает при температуре ниже T _г в условиях, далеких от термодинамического равновесия.Полимерные цепи упакованы неидеально, что приводит к избыточному свободному объему в виде микроскопических пустот в полимерной матрице. Внутри этих пустот происходит ленгмюровская адсорбция газов, повышающая растворимость. В отличие от резиноподобных мембран, стеклообразные мембраны способны эффективно различать чрезвычайно небольшие различия в молекулярных размерах обычных газов (например, 0,2–0,5 ангстрем). В стеклянных мембранах транспорт молекул обычно описывается так называемой двухмодовой моделью.Некоторые молекулы газа абсорбируются в полимерной матрице и подчиняются закону Генри, тогда как некоторые адсорбируются в микроскопических пустотах, и их концентрация, C _H , описывается следующим уравнением:

[3.7] CH = CH ‘ bf1 + bf

, где C _H ′ — максимальная адсорбционная способность, а b — соотношение скоростных коэффициентов адсорбции и десорбции. Полная сорбция стеклообразных полимеров тогда описывается суммой двух компонентов молекул газа, адсорбированных в полимерной матрице (Paul, 1994):

[3.8] C = CD + CH

Успех двухрежимной модели сорбции в описании пенетрантной сорбции в стеклообразных полимерах обусловлен физическим значением, которое может быть связано с параметрами модели.

И для стеклообразных, и для резиноподобных мембран свойства переноса газов почти одинаковы, а взаимосвязь между температурой и переносом малых молекул обычно рассматривается как активированный процесс и подчиняется соотношению Аррениуса:

[3.9] P = P0exp− ЭПРТ

[3.10] D = D0exp − EDRT

[3.11] S = S0exp − HSRT

, где P ₀ , D ₀ и S ₀ — начальные условия, E _P и E _D энергии активации для проникновения и диффузии, соответственно, H _S теплота сорбции, R универсальная постоянная температура газа и T абсолютная температура.

Из этих уравнений следует, что как для стеклообразных, так и для резиноподобных полимеров повышение температуры приводит к увеличению проницаемости и снижению селективности мембраны.Наоборот, в стеклообразных полимерах энергия активации обычно меньше.

Для многих мембран существует компромисс между селективностью и проницаемостью: мембраны с высокой селективностью показывают низкую проницаемость, и наоборот. Другими словами, высокопроницаемая мембрана обычно имеет низкую селективность, и наоборот. Например, в случае полимерных мембран Робсон (2008) предположил, что этот компромисс может быть представлен графиком, где логарифм селективности представлен против логарифма проницаемости более проницаемого газа для бинарной смеси. , как схематично показано на рис.3.8.

3.8. Корреляция верхней границы для общего разделения бинарных смесей.

На этом рисунке верхняя граница представляет собой предел достижения высокой селективности в сочетании с высокой проницаемостью. Взаимосвязь верхней границы может быть выражена следующим уравнением [3.12]:

[3.12] Pi = kαijn

, где P _i — проницаемость для более проницаемого газа, а n — наклон каротажной диаграммы. –Log limit.

Со времени публикации статьи Робсоном было опубликовано лишь несколько примеров полимерных мембран, превышающих верхнюю границу, и преодоление этого является целью многих недавно выданных патентов на полимерные мембраны.Фактически, желательно достижение как высокой проницаемости для диоксида углерода, так и высокой селективности. Следует также сказать, что превышение лимита Робсона не является жестким правилом. Фактически, Корос и Махаджан (2000) предположили возможность выхода за верхнюю границу за счет использования так называемых мембран со смешанной матрицей. Недавно Berchotold (2006) обнаружил, что полибензимидазольная мембрана превышает верхнюю границу Робсона для селективности H ₂ / CO ₂ по сравнению с проницаемостью H ₂ в диапазоне температур 100–400 ° C.

Помимо проницаемости и селективности, очень важны и другие свойства мембран, такие как их термическая, химическая стойкость и устойчивость к пластификации, а также эффекты старения для обеспечения непрерывной работы в течение длительных периодов времени. Более того, также важно, чтобы изготовление стандартных мембранных модулей было рентабельным. Для достижения этих целей были предприняты значительные экспериментальные исследования. Обширный обзор, описывающий патенты как на полимерные, так и на неорганические мембраны, был недавно опубликован Scholes et al. (2008), с особым вниманием к разделению диоксида углерода с помощью полимерных мембранных систем для дымовых газов. Этот обзор особенно интересен, потому что он фокусируется на недавних новых подходах к полимерным мембранам, которые достигают эффективности разделения выше верхней границы Робсона и поэтому, возможно, более коммерчески конкурентоспособны, чем существующие технологии мембранного разделения газов.

В зависимости от состава газовых потоков и условий эксплуатации разработка полимерных мембран для желаемого разделения газов обязательно требует тщательной оценки как материалов, так и процедур сборки.

Повышенные факторы газоразделения микропористого полимера, ограниченного в каналах мембран из анодного оксида алюминия

Для характеристики микроструктуры мембран АОА был проведен статистический анализ изображений электронной микроскопии, полученных с нижней стороны образцов анодного оксида алюминия с различным диаметром пор ( Рис.2). Было обнаружено, что диаметры пор имеют узкое распределение и почти пропорциональны напряжению окисления. Мембраны AAO известны своей линейной зависимостью проницаемости от обратного квадратного корня из молекулярной массы газов, что свидетельствует о преобладании диффузионного механизма Кнудсена ⁶ .Газопроницаемость мембран AAO представлена ​​в таблице 1.

Рисунок 2

Микроструктуры подложек из анодного оксида алюминия, изготовленных при различных напряжениях: ( a ) 25 В ( b ) 40 В ( c ) 120 В.

Таблица 1 Общие условия приготовления, параметры микроструктуры и проницаемость мембран AAO.

Для исследования микроструктуры эталонной мембраны и мембран, частично пропитанных PIM-1, полимерные реплики были отделены от композитных мембран путем осторожного растворения пленок AAO в 0.5 М водный раствор NaOH. Плоские копии PIM-1 наблюдались в случае контрольной мембраны, не обнаруживая проникновения полимера в матрицу из анодного оксида алюминия (рис. 3а). С другой стороны, на нижней стороне селективных слоев композитных образцов были обнаружены волокнообразные наноструктуры, иллюстрирующие инфильтрацию полимера в каналы АОА (рис. 3б). Такая же микроструктура была получена при оттиске поверхности полиэтилентерефталата штампом из анодного оксида алюминия ¹² . Следует отметить, что детальное изучение реплик PIM-1 показывает наличие наноканалов внутри волоконных наноструктур.Увеличенная область реплики полимера из образца C-120 (вставка на рис. 3b) демонстрирует присутствие полимерных нанотрубок. На наш взгляд, эти структуры из полых волокон могут существенно влиять на газотранспортные свойства композитных мембран, но подробный анализ этого момента выходит за рамки основной задачи настоящего исследования.

Рисунок 3

Полимерные копии композитных мембран: ( a ) эталонная мембрана C-40-F ( b ) композитная мембрана C-120. Врезки: увеличенные области реплик.

На основании микрофотографий СЭМ можно сделать вывод, что вакуумное отсасывание приводит к частичной инфильтрации полимера в жесткие поры носителей AAO. В результате селективные полимерные слои композитных мембран состоят из двух подслоев (плоский внешний подслой и внутренний подслой с волокнообразными наноструктурами). Очевидно, что газотранспортные параметры плоского внешнего подслоя композитных мембран должны соответствовать параметрам объемного ПИМ-1, а проницаемость внутреннего подслоя может существенно отличаться, что вносит существенные изменения в общую производительность мембраны.Удобно, что сравнение характеристик полимерных мембран проводится по коэффициентам проницаемости с учетом толщины полимерной пленки. С другой стороны, в случае мембран с частично заполненными порами точное определение общей толщины селективных пленок является довольно нетрадиционной проблемой. Нам не удалось определить точную длину волоконных наноструктур из-за их частичного гидролиза полимера в щелочном растворе. Кроме того, длина полимерных волокон зависит от степени проникновения раствора хлороформа ПИМ-1 в каналы мембран АОА и различается для определенных диаметров каналов.Поскольку SEM-анализ позволяет визуализировать только внешние подслои, общая толщина полимерного слоя также была оценена с помощью люминесцентной спектроскопии (таблица 2). Расчетные значения толщины, полученные как максимальные, измеренные с помощью PL и SEM, были приняты для расчета коэффициентов проницаемости композитных мембран. Пористость пленки AAO не принималась во внимание при оценке проницаемости полимерного слоя, поскольку она дает большую неопределенность в результирующем значении. Из-за неопределенности в определении коэффициентов проницаемости мы использовали проницаемость, а также коэффициенты проницаемости для изучения характеристик композитных мембран (Таблица 3).

Таблица 2 Эффективная толщина селективных слоев композитных мембран. Таблица 3 Коэффициенты проницаемости и проницаемости композитных мембран.

Анализ полученных данных показывает значительное снижение проницаемости и коэффициентов проницаемости композитных мембран по отношению к перманентным газам по сравнению с эталонной мембраной C-40-F. Следует отметить резкое снижение проницаемости, особенно по азоту и метану.

Коэффициенты проницаемости проходят через максимум для образцов с опорой пор 35 и 49 нм, а затем постепенно уменьшаются.Расчетный коэффициент проницаемости бутана для образца C-25, вероятно, ограничен проницаемостью 100 мкм носителя AAO (~ 8700 л ∙ м ⁻² ∙ бар ⁻¹ ∙ ч ⁻¹ ).

Для композитных мембран достигнуто существенное увеличение коэффициентов разделения чистого газа по сравнению с эталонной мембраной C-40-F (рис. 4). Селективность композитных мембран также значительно превышает коэффициент разделения объемных пленок ПИМ-1 (α C ₄ H ₁₀ / CH ₄ = 58) ¹¹ .Коэффициенты разделения композитных мембран с меньшим диаметром пор чрезвычайно высоки: максимальная идеальная селективность более 1400 для газовой пары C ₄ H ₁₀ / CH ₄ , достигнутая для композитной мембраны C-25, существенно превышает все опубликованные значения селективности для полимеров с собственной микропористостью. Кроме того, была достигнута повышенная селективность 8,7 для чистого газа O ₂ / N ₂ по сравнению с максимумом 4,0 для свежеприготовленной мембраны PIM-1, активированной в метаноле ¹¹ и 5 для состаренной PIM-1 ¹³ .

Рис. 4

Зависимость селективности по чистому газу от диаметра пор носителей AAO.

Чистый газ C ₄ H ₁₀ / CH ₄ и O ₂ / N ₂ Факторы разделения почти монотонно уменьшаются с увеличением диаметра пор AAO. Вероятно, это зависит как от глубины проникновения полимера, так и от пространственного ограничения подвижности макромолекул. Очевидно, что преобладает второй фактор, что приводит к более сильному увеличению селективности для мембран с меньшим диаметром пор.

Объяснение значительного повышения селективности по чистому газу, вероятно, можно объяснить синергизмом геометрического ограничения макромолекул PIM-1 в каналах AAO и высокой разницей в коэффициентах растворимости постоянных и конденсируемых газов в PIM-1. Повторяющаяся единица макромолекул PIM-1 содержит два атома кислорода в диоксановом кольце и две CN-группы в бензольном кольце, обеспечивающие водородную связь полимера с поверхностными OH-группами стенок пор AAO. Адсорбция макромолекул полимера на поверхность пор приводит к замедлению динамики цепей, что приводит к образованию прилипшего поверхностного слоя.Ожидается, что адсорбированные макромолекулы будут влиять на динамику полимерных цепей, расположенных ближе к центру поры. Жесткость удержания увеличивается с уменьшением диаметра пор АОА. Это явление усиливается внутренней жесткостью макромолекул PIM-1. В то же время ПИМ-1 характеризуется чрезвычайно высокими коэффициентами растворимости по сравнению с другими полимерами. Коэффициент растворимости C ₄ H ₁₀ в PIM-1 составляет около 90 см ³ (STP) см ⁻³ бар ⁻¹ , что соответствует примерно 0.8 г растворенного бутана на 1 г полимера при давлении бутана 1 бар ¹⁰ . При такой высокой концентрации молекулы растворенного газа должны влиять на подвижность полимерных цепей, что приводит к набуханию полимера. В результате должна наблюдаться высокая проницаемость растворенного газа через набухший полимер. Этим объясняется высокая проницаемость конденсируемых газов в ПИМ-1. Все это не относится к постоянным газам. Можно предположить, что скорость массопереноса бутана менее чувствительна к подавлению динамики цепей в замкнутом ПИМ-1 по сравнению с постоянными газами и, в частности, с метаном.Это приводит к значительному увеличению коэффициентов разделения чистого газа C ₄ H ₁₀ / CH ₄ и, в меньшей степени, CO ₂ / CH ₄ .

Сильное увеличение селективности композитных мембран и чувствительность наблюдаемых факторов разделения к диаметру пор означает, что транспортные характеристики ограниченного PIM-1 отличаются от характеристик объемного полимера. Возможная роль таких эффектов будет сильнее, если радиус поры меньше, чем радиус инерции R _g или расстояние от конца до конца R _ee отдельных полимерных цепей.Сегменты Куна и температура стеклования могут служить косвенными характеристиками этих параметров. Несмотря на то, что нам не удалось найти оценочное значение сегмента Куна ПИМ-1, отсутствие температуры стеклования до точки термического разложения и лестничная структура макромолекул ПИМ-1 указывает на высокое значение сегмента Куна. Поскольку необычная селективность PIM-1, встроенного в мембрану AAO, наблюдается для более узких пор, можно предположить, что в ограниченном состоянии полимерные цепи могут иметь необычные конформации вблизи стенок пор.Косвенным подтверждением такой интерпретации является различие морфологии поверхности эталонной мембраны с плоским слоем ПИМ-1 и композитной мембраны с волокнообразными полимерными наноструктурами (рис. 3). Такое конформационное изменение может быть ответственным за наблюдаемые транспортные свойства композитных мембран.

Смешанный газ CO ₂ / CH _{4 измерения были выполнены для выяснения влияния геометрического ограничения на пластификацию полимера (Таблица 4). Для первых измерений использовались эталонная мембрана C-40-F и композитная мембрана C-40, выдержанная в течение двух месяцев.Выявлено, что реальная селективность состаренной эталонной мембраны выше по сравнению с пропитанной мембраной. Селективность композитных мембран, обработанных метанолом, совершенно иная. Контрольный образец склонен к пластификации, и его идеальная селективность снижается. С другой стороны, идеальная селективность композитной мембраны увеличивается, что свидетельствует о том, что полимер в замкнутом состоянии более устойчив к пластификации при CO 2 . Наша исследовательская группа проводит более подробные измерения смешанных газов, чтобы глубже понять эту проблему.}

Таблица 4 CO ₂ / CH ₄ Свойства композитных мембран по проницаемости для смешанных газов, давление подачи 1 бар, T = 25 ° C, состав смеси 10 об.

Хорошо известно, что полимерные материалы склонны к физическому старению. Особенно это явление характерно для тонких пленок из высокопроницаемых полимеров. Диффузия элементов свободного объема к поверхности тонкой пленки происходит при физическом старении в результате релаксации и упаковки полимерных цепей ¹⁴ .Один из возможных способов замедлить процесс физического старения полимерных пленок — отжиг при температуре выше точки стеклования. Однако этот подход неприменим для PIM-1, поскольку этот полимер не проявляет стеклования ниже температуры разложения. Альтернативный способ омоложения PIM-1 после физического старения — лечение низшими спиртами (особенно CH ₃ OH и C ₂ H ₅ OH). Показано, что обработка метанолом является наиболее эффективным способом оздоровления ПИМ-1 ¹⁵ .Молекулы метанола способны образовывать водородные связи с макромолекулами полимера, что приводит к увеличению динамики цепей, что приводит к раскрытию элементов свободного объема. В настоящем исследовании мы наблюдали значительное увеличение проницаемости композитных мембран после обработки метанолом (таблица 5). Можно отметить, что увеличение постоянной газопроницаемости приводит к значительному снижению коэффициентов разделения чистого газа. Дальнейшее старение полимера в матрице AAO приводит со временем к колоссальным изменениям в характеристиках мембраны из-за быстрого физического старения волоконных селективных слоев.Точки, соответствующие первым дням после обработки метанолом, выходят далеко за верхнюю границу диаграммы Робсона (рис. 5), в то время как состаренная мембрана указывает на значительное снижение проницаемости как для постоянных, так и для конденсируемых газов. Можно предположить, что геометрическое ограничение способствует физическому старению. Очевидно, что процесс упаковки цепей в наноструктурированном полимере существенно улучшен из-за гораздо меньшей длины диффузии по сравнению с объемным состоянием. Упаковка полимерных цепей также влечет за собой снижение коэффициентов растворимости конденсируемых газов.

Таблица 5 Проницаемость (л · м ^-2 ч ^-1 бар ^-1 ) и селективность по чистому газу мембраны C-40. Рисунок 5

Выбранные композитные мембраны на диаграмме Робсона.

Следует отметить, что протокол обработки PIMs очень важен для его газоразделительных свойств. После заливки свежих мембран следует провести обработку метанолом для удаления остаточного растворителя и открытия элементов свободного объема. С другой стороны, обработка метанолом переводит полимерные цепи в неравновесное состояние.Релаксация макромолекул до стабильных конформаций требует определенного периода времени и зависит от толщины пленки. Во время длительного физического старения полимерные цепи становятся более жесткими и более плотно упакованными, что может способствовать селективности растворимости полимера. Согласно Пиннау ¹³ высокостарый PIM-1 и триптицен-PIM-1 имеют селективность O ₂ / N ₂ , равную 5 и 8,6 соответственно, и эти числа согласуются с O ₂ / N ₂ . проницаемость C-25 (8.6) и мембраны C-40 (4.9), что свидетельствует об усилении жесткости PIM-1 в ограниченном состоянии.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

(PDF) ЗИФ-95 в качестве наполнителя для улучшения газоразделения полисульфоновой мембраны

30 Б.А. Аль-Майталони, А.М. Аллуш, М. Файзан, Х. Дафаллах,

МАА Эльгзоли, ААА Селиман, А. Аль-Ахмед ,

ZH Yamani, MAM Habib, KE Cordova и

OM Yaghi, ACS Appl. Матер. Интерфейсы, 2017, 9, 33401–

33407.

31 Т. Исламоглу, С. Госвами, З. Ли, А. Дж. Ховарт, О. К. Фарха

и Дж. Т. Хапп, Acc.Chem. Рес., 2017, 50, 805–813.

32 X. Jiang, S. Li, S. He, Y. Bai and L. Shao, J. Mater. Chem. А,

2018, 6, 15064–15073.

33 Л. Мазерати, С. М. Меклер, Дж. Э. Бахман, Дж. Р. Лонг и

Б. А. Хелмс, Nano Lett., 2017, 17, 6828–6832.

34 М. Усман, М. Али, Б. А. Аль-Майталони, А. С. Ганем,

О. В. Саади, М. Али, М. А. Джафар Мазумдер, С. Абдель-Азейм,

М. А. Хабиб, З. Х. Ямани и В. Энсингер, ACS Appl.

Матер.Интерфейсы, 2020, 12, 49992–50001.

35 Д. Р. Пол, Д. Р. Кемп, J. Polym. Наук, 1973, 41,79–93.

36 B. D. Reid, F. A. Ruiz-Trevino, I. H. Musselman, K. J. Balkus

и J. P. Ferraris, Chem. Матер., 2001, 13, 2366–2373.

37 H. Wang, B.A. Holmberg, Y. Yan, J. Mater. Chem., 2002,

,

12, 3640–3643.

38 С. Ким, Э. Маранд, Дж. Ида, В. В. Гулианц, Chem. Матер.,

2006, 18, 1149–1155.

39 J. Ahn, W.-J. Чанг, И.Пиннау, М. Д. Гивер, J. Membr.

наук, 2008, 314, 123–133.

40 A. Jomekian, M. Pakizeh, A.R. Shaee и S.A.A. Mansoori,

Sep. Purif. Технологии, 2011, 80, 556–565.

41 M. Pakizeh, A. N. Moghadam, M. R. Omidkhah и

M. Namvar-Mahboub, Korean J. Chem. Eng., 2013, 30, 751–

760.

42 A. L. Khan, A. Cano-Odena, B. Guti´

errez, C. Minguill´

on and

I. F. J. Vankelecom, J. Membr.Наук, 2010, 350, 340–346.

43 F. Dorosti, M. R. Omidkhah, M. Z. Pedram и

F. Moghadam, Chem. Англ. J., 2011, 171, 1469–1476.

44 Б. Зорноза, Б. Сеоан, Дж. М. Замаро, К. Т’

ellez и

Дж. Коронас, ChemPhysChem, 2011, 12, 2781–2785.

45 H. B. T. Jeazet, C. Staudt и C. Janiak, Chem. Commun.,

2012, 48, 2140–2142.

46 B. Zornoza, A. Martinez-Joaristi, P. Serra-Crespo, C. Tellez,

J. Coronas, J.Gascon, F. Kapteijn, Chem. Commun.,

2011, 47, 9522–9524.

47 Т. Роденас, М. ван Дален, П. Серра-Креспо, Ф. Каптейн и

Дж. Гаскон, Микропористый мезопористый материал, 2014, 192,35–42.

48 Н. К. Су, Д. Т. Сан, К. М. Биверс, Д. К. Бритт, В. Л. Куин

и Дж. Дж. Урбан, Energy Environ. Наук, 2016, 9, 922–931.

49 M. Sarfraz and M. Ba-Shammakh, J. Ind. Eng. Chem., 2016,

36, 154–162.

50 М. Сарфраз и М. Ба-Шаммах, Дж.Membr. Наук, 2016, 514,

35–43.

51 М. Сарфраз и М. Ба-Шаммах, Arabian J. Sci. Eng., 2016,

41, 2573–2582.

52 М. Сарфраз и М. Ба-Шаммах, J. Taiwan Inst. Chem. Eng.,

2016, 65, 427–436.

53 S. Sorribas, B. Zornoza, C. T´

ellez and J. Coronas, J. Membr.

наук, 2014, 452, 184–192.

54 H. B. Tanh Jeazet, S. Sorribas, J. M. Rom´

an-Mar´

ın,

B. Zornoza, C.T´

ellez, J. Coronas and C. Janiak, Eur. J.

Неорг. Хим., 2016, 2016, 4363–4367.

55 S. Anastasiou, N. Bhoria, J. Pokhrel, K. S. Kumar Reddy,

C. Srinivasakannan, K. Wang и G. N. Karanikolos,

Mater. Chem. Физ., 2018, 212, 513–522.

56 Y. Cheng, Y. Ying, L. Zhai, G. Liu, J. Dong, Y. Wang,

M. P. Christopher, S. Long, Y. Wang и D. Zhao, J.

Membr. Наук, 2019, 573,97–106.

57 С. Исхак, Р.Тамиме, М. Р. Билад и А. Л. Хан, Sep. Purif.

Технол., 2019, 210, 442–451.

58 Ф. Х. Азхар, З. Харун, С. С. Алиас, М. З. Юнос, С. А. Ибрагим,

Т. Абдуллахи, А. Ахмад и М. Х. Д. Осман, Macromol.

Res., 2020, 28, 625–635.

59 A. Guo, Y. Ban, K. Yang, Y. Zhou, N. Cao, M. Zhao и

W. Yang, J. Membr. Sci., 2020, 601, 117880.

60 С. Равешиян, С. С. Хоссейни, Дж. Карими-Сабет, Chem. Англ.

Процесс., 2020, 150, 107866.

61 I. Ilicak, M. S. Boroglu, A. Durmus, I. Boz, J. Nat. Gas Sci.

Eng., 2021, 91, 103941.

62 M. van Essen, R. Th¨

ur, M. Houben, I. F. J. Vankelecom,

Z. Borneman and K. Nijmeijer, J. Membr. Sci., 2021, 635,

119517.

63 B. Wang, AP Cˆ

ot´

e, H. Furukawa, M. O’Keeffe и

OM Yaghi, Nature, 2008, 453, 207 –211.

64 А. Хуанг, Ю. Чен, Н.Ван, З. Ху, Дж. Цзян и Дж. Каро,

Chem. Commun., 2012, 48, 10981–10983.

65 X. Ma, Z. Wan, Y. Li, X. He, J. Caro и A. Huang, Angew.

Chem., 2020, 59, 20858–20862.

66 X. Ma, Y. Li и A. Huang, J. Membr. Sci., 2020, 597, 117629.

67 R. Mahajan and W. J. Koros, Ind. Eng. Chem. Res., 2000, 39,

2692–2696.

68 Дж. Х. Олдрич, С. М. Руссело, М. Л. Ян, С. М. Араиза и

Ф. Тиан, Energy Fuels, 2019, 33, 348–355.

69 С. Ю. Савант, Р. С. Сомани, Х. К. Баджадж и С. С. Шарма, J. ​​

Hazard. Матер., 2012, 227–228, 317–326.

70 З. Чжан, З. Ли и Дж. Ли, Langmuir, 2012, 28, 12122–12133.

71 Б. Фриман, Ю. Ямпольский и И. Пиннау, Материаловедение мембран

для разделения газов и паров, John Wiley & Sons,

2006.

34328 | RSC Adv., 2021,11,34319– 34328 © 2021 Автор (ы). Опубликовано Королевским химическим обществом.

RSC Advances Paper

Статья в открытом доступе.Опубликовано 22 октября 2021 г. Загружено 21.11.2021 18:19:54.

Эта статья находится под лицензией

Creative Commons Attribution-NonCommercial 3.0 Unported License.

Повышенная эффективность отделения газов ультрамикропористого каркаса с столбчатым слоем, вызванная навешиванием оголенных основных пиридиновых групп Льюиса

Металлоорганические каркасы со столбчатым слоем представляют большие перспективы для хранения и разделения газа, поскольку их размер пор, а также функциональность обычно можно контролировать и регулировать синергетически.Комбинируя обычные пиридиновые и карбоксилатные группы, мы разрабатываем здесь новый каркас с трехмерным столбчатым слоем, [Co ₂ (DBPT) (BPY) ₂ (CO ₃ )] _№ ( СННУ-95 ). Динуклеарные [Co ₂ ] мотивы связаны лигандами DBPT с образованием 2D-слоя, который дополнительно соединяется мостиком посредством BPY для получения трехмерного столбчато-слоистого каркаса SNNU-95 . Примечательно, что две некоординированные пиридиновые группы DBPT не только помогают стабилизировать 2D-слой посредством π ⋯ π-стэкинга, но также указывают на одномерные каналы для создания ультрамикропористой среды.Используя преимущества ультрамикропористости и основных центров пиридина Льюиса, SNNU-95 показывает не только сверхвысокий CO ₂ над CH ₄ и C ₂ углеводородов над CH 03 4 , но также замечательно C ₂ H ₂ / CO ₂ , C ₂ H ₂ / C ₂

39 H 4

04 и C ₂ H ₄ / CO ₂ разделение в условиях окружающей среды.Этот синергетический эффект, обусловленный функциональными группами и размером пор, обеспечивает многообещающий способ создания пористых материалов для максимально возможного поглощения и разделения газа.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Последние достижения в области гибридных мембран для разделения газов

Достижения в технологии разделения и непрерывное развитие материаловедения предоставили важную возможность найти новые материалы для отделения различных частиц из газового потока.Технология разделения газов на основе мембран предлагает множество преимуществ из-за присущих им свойств, таких как энергосбережение и непрерывная работа, по сравнению с традиционными методами, такими как процессы абсорбции и адсорбции. На ранней стадии развития мембранных технологий в разделении газов использование полимерных мембран привлекало повышенное внимание из-за их прочности и простоты изготовления. Однако характеристики полимерных мембран ограничены компромиссом между проницаемостью и селективностью.Между тем, неорганические мембраны способны демонстрировать значительное улучшение характеристик разделения, хотя процесс их изготовления является сложным и дорогостоящим. Таким образом, разработка гибридных мембран путем включения неорганических наполнителей в полимерную матрицу стала потенциальной альтернативой преодолению ограничений полимерных и неорганических мембран при разделении газов.

Изготовление бездефектных мембран с улучшенными характеристиками разделения и без ущерба для механической и термической стабильности является чрезвычайно сложной задачей.Цеолиты, углеродные нанотрубки (CNT), диоксид кремния, углеродные молекулярные сита (CMS), металлоорганический каркас (MOF) и графен являются наиболее популярными частицами наполнителя, которые используются для добавления в полимерную матрицу. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки при включении в полимер. В большинстве случаев газопроницаемость и селективность повышаются после внедрения наполнителей в полимерную матрицу по сравнению с чистыми полимерами. Таким образом, цель данной темы исследования состоит в том, чтобы обеспечить всестороннее освещение последних достижений в области гибридных мембран для разделения газов, уделяя особое внимание новым открытиям, связанным с недавними открытиями и их приложениями.Это будет включать недавние усилия по устранению основных проблем, связанных с производством гибридных мембран. Благодаря этим новым знаниям ожидается появление технологических инноваций в области газопроницаемых мембран.

Мы приветствуем заявки на (но не ограничиваясь ими):
• Гибридные мембраны для разделения водорода
• Гибридные мембраны для обогащения воздуха
• Гибридные мембраны для улавливания диоксида углерода
• Мембрана на основе полимерно-металлорганического каркаса для удаления опасных газов
• Синтез и характеристика мембраны со смешанной матрицей
• Мембраны со смешанной матрицей нового поколения
• Разработка мембраны на основе полимера / цеолита
• Механизм переноса газа в гибридной мембране

Ключевые слова : Гибридная мембрана, Смешанная матричная мембрана, Газотранспортный механизм, Удаление опасных газов, Разделение газов

Важное примечание : Все материалы по данной теме исследования должны находиться в рамках того раздела и журнала, в который они были отправлены, как это определено в их заявлениях о миссии.Frontiers оставляет за собой право направить рукопись, выходящую за рамки объема, в более подходящий раздел или журнал на любом этапе рецензирования.

Достижения в технологии разделения и непрерывное развитие материаловедения предоставили важную возможность найти новые материалы для отделения различных частиц из газового потока. Технология разделения газов на основе мембран предлагает множество преимуществ из-за присущих им свойств, таких как энергосбережение и непрерывная работа, по сравнению с традиционными методами, такими как процессы абсорбции и адсорбции.На ранней стадии развития мембранных технологий в разделении газов использование полимерных мембран привлекало повышенное внимание из-за их прочности и простоты изготовления. Однако характеристики полимерных мембран ограничены компромиссом между проницаемостью и селективностью. Между тем, неорганические мембраны способны демонстрировать значительное улучшение характеристик разделения, хотя процесс их изготовления является сложным и дорогостоящим. Таким образом, разработка гибридных мембран путем включения неорганических наполнителей в полимерную матрицу стала потенциальной альтернативой преодолению ограничений полимерных и неорганических мембран при разделении газов.

Изготовление бездефектных мембран с улучшенными характеристиками разделения и без ущерба для механической и термической стабильности является чрезвычайно сложной задачей. Цеолиты, углеродные нанотрубки (CNT), диоксид кремния, углеродные молекулярные сита (CMS), металлоорганический каркас (MOF) и графен являются наиболее популярными частицами наполнителя, которые используются для добавления в полимерную матрицу. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки при включении в полимер. В большинстве случаев газопроницаемость и селективность повышаются после внедрения наполнителей в полимерную матрицу по сравнению с чистыми полимерами.Таким образом, цель данной темы исследования состоит в том, чтобы обеспечить всестороннее освещение последних достижений в области гибридных мембран для разделения газов, уделяя особое внимание новым открытиям, связанным с недавними открытиями и их приложениями. Это будет включать недавние усилия по устранению основных проблем, связанных с производством гибридных мембран. Благодаря этим новым знаниям ожидается появление технологических инноваций в области газопроницаемых мембран.

Мы приветствуем заявки (но не ограничиваясь ими):
• Гибридные мембраны для отделения водорода
• Гибридные мембраны для обогащения воздуха
• Гибридные мембраны для улавливания диоксида углерода
• Мембрана на основе полимерно-металлорганического каркаса для удаления опасных газов
• Синтез и характеристика мембраны со смешанной матрицей
• Мембраны со смешанной матрицей нового поколения
• Разработка мембраны на основе полимера / цеолита
• Механизм переноса газа в гибридной мембране

Ключевые слова : Гибридная мембрана, Смешанная матричная мембрана, Механизм транспортировки газа, Удаление опасных газов, Разделение газов

Важное примечание : Все материалы по данной теме исследования должны находиться в рамках того раздела и журнала, в который они были отправлены, как это определено в их заявлениях о миссии.