Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим две системы:
Система 1: раствор полимера в чистом растворителе, а в коагуляционной ванне содержится чистый нерастворитель.
Система 2: полимер растворен в чистом растворителе, а в коагуляционной ванне содержится тот же раствор, что и в предыдущем примере.
г) Сопоставьте скорости потоков растворителя и нерастворителя и укажите, как они повлияют на кинетику разделения фаз.
* Представлена редакторами перевода. Читатель может найти обширную литературу на русском языке, посвященную методам получения мембран. Некоторые руководства и обзоры приведены в списке дополнительной литературы [5*-7*]. — Прим. ред.
2. В ходе осаждения путем погружения (что является важным способом получения мембран) возможно разделение фаз мгновенное и с запаздыванием.
а) Кратко объясните, в чем состоят эти два типа разделения фаз.
В экспериментах по светопропусканию легко установить, протекает ли разделение фаз по одному или другому из вышеуказанных механизмов.
Время, с
б)
Укажите, какая из кривых отвечает системе формирования мембран с мгновенным разделением фаз.
Добавляя растворитель в ванну с нерастворителем, можно управлять процессом разделения фаз. Следующие зависимости были получены для тройной системы ацетат целлюлозы/растворитель (D или Е)/вода с помощью измерения светопропускания.
«о
СО
0-
(Р
et
в) Укажите, для какой из систем имеет место мгновенное разделение фаз при условии, что в ванну с нерастворителем растворитель не добавлялся.
Протекание разделения фаз с запаздыванием часто определяется низким термодинамическим сродством между растворителем и нерастворителем. Это сродство характеризуется параметром 012
012 = l/xiv2[xi ln(xi/vi) 4- *2 ln(z2/t>2) + GE/RT]
г) Будет ли этот параметр иметь относительно низкое или высокое значение в случае малого сродства между растворителем и нерастворителем?
д) Представьте качественно зависимости свободной энергии смешения AGm, идеальной свободной энергии смешения AGideai и избыточной свободной энергии смешения GE от состава системы растворитель/нерастворитель с низким взаимным сродством.
3. Диаграмма Т — х для бинарной системы полимер — растворитель может иметь приведенный ниже вид.
Растворитель Полимер
а) Изобразите схематически кривые для AGm при температурах Т\ и Тг.
б) Почему приведенная на рисунке кривая имеет такую несимметричную форму?
в) Какого рода пористость в мембране можно получить, если охлаждать раствор А от температуры Т\ к Тг (предполагая, что образуется гомогенаая пористая мембрана)?
Представленный ниже рисунок иллюстрирует диаграмму Т — х для системы полиэтилен — растворитель.
г) Охарактеризуйте области I, II и III.
д) Опишите явления, протекающие при медленном охлаждении раствора А от температуры Т\ до температуры Тг.
е) Проведите спинодаль и укажите, как спинодальный распад с образованием новых фаз протекает в системах такого рода.
4. Мембраны часто получают осаждением путем погружения при использовании трех компонентов: растворителя, нерастворителя и полимера. Дала следующая фазовая диаграмма.
а) Укажите на диаграмме области и характерные точки.
б) Какую роль играет величина Gm при построении данной диаграммы?
в) Каков физический смысл точки, указанной стрелкой?
Процесс формирования мембраны зависит не только от термодинамики, но и от кинетики. Поток нерастворителя (компонент 1) и растворителя (компонент 2) можно представить уравнением
Jx — Ь\Ац t
г) Что означает отношение Д/11/Д/12?
Растворитель в коагуляционной ванне
д) Какая кривая на рисунке проведена правильно и почему? Как она характеризует тип фазового разделения?
5. Для неполярных компонентов крайне полезна концепция параметра растворимости. На ее основе могут быть определены коэффициенты активности.
а) Выведите приведенное ниже уравнение для коэффициента активности компонента 1 бинарной смеси
ЯТ1П71 = -62)2
причем ДHm = V— ?г)2 и Д#т = ЛТтцф^Хг где
^бензол = 18,8(Дж/сМ3)0,5 ^бензол = 89СМ3/М0ЛЬ
^циклогексан = 16,8(Дж/сМ ) ’ ^иклогексан = 109 CM /МОЛЬ
б) Почему параметр растворимости у бензола больше, чем у цикло-гексана?
в) Рассчитайте коэффициенты активности бензола и циклогексана в эквимолярной смеси х\ = х2 = 0,5 при 25°С.
г) Вычислите параметр Флори — Хаггинса Х12 при х\ = Х2 = 0,5.
6. Мембрана приготовлена осаждением путем погружения в трехкомпонентной системе, содержащей различные количества полимера (Р), растворителя (S) и нерастворителя (NS). Фазовое разделение раствора полимера происходит при содержании нерастворителя 20 масс.% независимо от концентрации полимера. Планируется приготовить мембраны с использованием следующих растворов полимера:
Раствор Р, масс.% S, масс.% NS, масс.%
А
В
С
D
10
20
20
10
