Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
покрытия мембрана
Рис. III-11. Схема нанесения при погружении.
риал), часто того же типа, что используется в ультрафильтрации, погружаются в специальный раствор, содержащий полимер, олигомер или мономер, причем концентрация растворенного вещества в растворе очень мала (ниже 1%). Когда асимметричная мембрана извлекается из ванны, содержащей материал покрытия и растворитель, к ней прилипает тонкий слой раствора. Эта пленка затем помещается в сушильный шкаф, где растворитель испаряется и происходит также сшивка. Такая сшивка приводит к тому, что тонкая пленка фиксируется на пористой подложке. Кроме того, сшивка часто необходима, поскольку нанесенный слой не имеет механической и химической устойчивости или его мембранные характеристики недостаточно хо-
Рис. III-12. Две микрофотографии (на сканирующем электронном микроскопе) композиционного полого волокна с внутренним слоем из поли-эфиримида и поверхностным слоем из полидиметил сил океана. На фотографии слева представлен общий вид сечения волокна (500-кратное увеличение); на фотографии справа дан вид поверхности волокна с внешним слоем из силиконового каучука (10000-кратное увеличение) [32].
роши в несшитом состоянии. На рис. 111-12 показано композиционное полое волокно с поверхностным слоем, нанесенным на поверхность волокна. В данном случае подложкой является полое волокно из по-лиэфиримида, полученное с помощью осаждения путем погружения, в котором тонкий слой полидиметилсилоксана был нанесен методом нанесения при погружении. Сшивка силоксанового компонента была достигнута с помощью тепловой обработки. Как можно видеть, по этой методике может быть получен очень тонкий поверхностный слой — порядка 1 мкм.
III.5.3. Плазменная полимеризация
Еще одним методом получения очень тонких слоев на пористой подложке является плазменная полимеризация. Плазма получается посредством ионизации газа электрическим разрядом высокой частоты (до 50 МГц). Используются два типа плазменных реакторов: 1) электроды помещены внутри реактора; 2) обмотка находится вне реактора. На рис. III-13 показан аппарат, в котором может происходить плазменная полимеризация с обмоткой, находящейся вне реактора (так называемый безэлектродный тлеющий разряд). Давление в реакторе поддерживается на уровне от 10 до 1000 Па (10-4 — 10“2 атм). На входе в реактор газ ионизируется. Реагирующие вещества могут быть введены отдельно от плазмообразующего газа, что открывает возможность получения различных радикалов при столкновениях с ионизованным газом, причем эти радикалы способны реагировать и друг с другом. Образующийся достаточно высокомолекулярный про-
Рис. 111-13. Установка плазменной полимеризации.
дукт осаждается на поверхности (в том числе и на мембране). Параметрами процесса можно управлять, варьируя потоки как плазмообразующего газа, так и мономера. Очень тонкий слой толщиной порядка 50 нм может быть получен, если концентрация мономера в реакторе (парциальное давление) тщательно контролируется. Другие факторы, важные для получения необходимой толщины слоя, — это время полимеризации, поток газа, давление газа и частота разряда. Структуру получаемого полимера в общем случае трудно контролировать, часто получают сильно сшитый материал.
III.5.4. Модификация плотных гомогенных мембран
Химическая или физическая модификация гомогенных мембран может сильно изменять их внутренние свойства, особенно когда введены ионные группы. Такие заряженные мембраны могут быть использованы в электродиализе, где ионные группы необходимы. Ионсодержащие мембраны также демонстрируют хорошие результаты в других процессах.
Опишем два примера модификации плотных гомогенных пленок, иллюстрирующие возможность химической и физической модификации. Первый пример относится к полиэтилену, который хотя и является очень важным и широко используемым пластиком, лишь ограниченно используется как мембранный материал. Как показано на рис. III-14, в этот материал могут быть введены достаточно просто катионообменные и анионообменные группы. Такие ионообменные группы могут вызывать изменения в полимере: вместо гидрофобного будет наблюдаться гидрофильное поведение. Кроме полиэтилена также
а
— сн2-сн2-сн2— + so2 + С12 ---------> —сн —сн2 —сн2 —
so2ci
— сн—сн2
+ NaOH
-> —СН—сн2
S03Na+
— сн-сн2— + nh2-ch2-nr2
I
so2ci
^ -сн —сн2 —
so2-nh—сн2 — nr2
сн— сн2 — so2-nh —сн2 —nr2
+ RBr
+» —сн-сн2 —
S02-NH -СН2 —NR3+Br"
Рис. 111-14. Введение сульфокислотных (а) и четвертичных аммониевых (б) групп в полиэтилен.
можно химически модифицировать и другие полимеры, такие, как политетрафторэтилен или полисульфон. При этом характеристики мембраны будут изменяться значительно, в то время как химическая и термическая устойчивость остается той же самой. Химическая модификация дает возможность управления характерными свойствами самых разных полимеров. Детальное описание результатов этих исследований выходит за рамки данной книги.
