Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. III-32. Установка для измерения светопропускания. 1 — источник света; 2 — стеклянная пластина; 3 — отливаемая полимерная пленка; 4 — коагуляционная ванна; 5 — детектор; 6 — усилитель; 7 — записывающее устройство.
поверхностным слоем будут пересекать бинодаль, и в этом случае будет также начинаться фазовое разделение жидкость/жидкость. Следовательно, могут быть разделены два существенно различных процесса фазообразования, и получаемые морфологии мембраны также должны быть существенно различны.
Если образование двух фаз жидкость/жидкость протекает мгновенно, получаются мембраны с относительно пористым поверхностным слоем. Этот механизм приводит к образованию пористых мембран (микрофильтрационного или ультрафильтрационного типа). Однако, если фазовое разделение жидкость/жидкость начинается через некоторое время, получаются мембраны с относительно плотным поверхностным слоем. Этот процесс фазообразования приводит к формированию плотных мембран (для газоразделения и первапорации). В обоих случаях толщина поверхностного слоя зависит от всех параметров формования мембран (а именно от концентрации полимера, процедуры коагуляции, наличия добавок и т. д., см. разд. III-7).
Различить эти два типа механизма формирования мембран можно также в результате применения численных методов, либо путем простого измерения светопропускания или светопоглощения и, наконец, визульными наблюдениями. В последних случаях, однако, может быть получена только качественная информация. Измерение светопропускания дает возможность наблюдать за интервалом времени до начала помутнения. Соответствующая экспериментальная установка показана на рис. III-32.
Отливаемая пленка погружается в коагуляционную ванну и свето-пропускание через пленку измеряется как функция времени. Когда в пленке появляется негомогенность как следствие фазового разделе-
Время,с
О 10 20 30
Время, с
Рис. 111-33. Кривые светопропускания. а и б— мгновенное фазовое разделение; виг — фазовое разделение жидкость — жидкость с запаздыванием.
ния жидкость/жидкость, уменьшается светопропускание. Различие между мгновенным фазовым разделением и фазовым разделением жидкость/жидкость с запаздыванием может, таким образом, наблюдаться вполне четко. Некоторые схематические кривые светопропускания показаны на рис. 111-33. Из этого рисунка можно видеть, что в системах аи б фазовое разделение происходит мгновенно, поскольку светопропускание уменьшается очень быстро. В системе в может наблюдаться фазовое разделение с запаздыванием с уменьшением светопропускания, начинающегося только после некоторого периода времени. Фазовое разделение с запаздыванием также наблюдается для системы г с относительно длинным периодом времени, необходимым для начала процесса фазового разделения.
Простейшей методикой, необходимой для того, чтобы различить мгновенное фазовое разделение и фазовое разделение жидкость/жидкость с запаздыванием, является визуальное наблюдение. Раствор полимера выливается на стеклянную пластину и погружается в ванну с нерастворителем. Когда происходит мгновенное фазообразование, в большинстве случаев мембрана немедленно поднимается со стеклянной пластины и перестает быть прозрачной. С другой стороны, когда проходит некоторое время, прежде чем удается отделить мембрану от стеклянной пластины или прежде чем она становится непрозрачной (опалесцирующей), происходит фазообразование жидкость/жидкость с запаздыванием. Могут быть приведены следующие два примера: раствор полисульфона (ПСФ) в диметилформамиде (ДМФА),
когда формируемая пленка погружается в воду, обнаруживает свойства мгновенного фазового разделения, в то время как раствор ацетата целлюлозы (АЦ) в ацетоне, приготовленный похожим способом, проявляет свойства фазового разделения с запаздыванием при погружении в воду.
Возникает вопрос: какие параметры важны для морфологии мембраны и как их можно контролировать? В следующем разделе будет описано влияние наиболее важных параметров формирования мембраны по отношению к получаемой структуре мембраны.
III.7. Влияние различных параметров на морфологию мембраны
В предыдущей главе были даны термодинамические и кинетические соотношения для описания формирования мембраны с помощью процессов инверсии фаз. Эти соотношения содержат различные параметры, которые оказывают большое влияние на диффузию и процессы фазового разделения и, следовательно, на конечную морфологию мембраны. Показано, что могут быть получены два различных типа мембран, пористые мембраны (микрофильтрационные и ультрафиль-трационные) и непористые мембраны (для первапорации и газоразделения), в зависимости от типа механизма формирования, а именно мгновенного фазового разделения или фазового разделения с запаздыванием.
В связи с этим выбор полимера не является столь важным, хотя и непосредственно влияет на тип растворителя и нерастворителя, которые могут быть использованы. В этом разделе описано влияние различных параметров на морфологию мембраны. В качестве примера взяты два широко используемых полимера, полисульфон (ПСФ) и ацетат целлюлозы (АЦ). Будет рассмотрено влияние следующих факторов:
