Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. IV-20. Схема установки для пермопорометрии.
основана на блокировании пор газом, способным к конденсации с одновременным измерением потока газа через мембрану. Блокирование пор основано, как и гистерезис адсорбции — десорбции, на законе капиллярной конденсации (разд. IV.3.2.1). Схема экспериментальной установки, использующейся в методе пермопорометрии, показана на рис. IV-20.
В качестве конденсирующегося «газа» в данном примере выбран этанол. Очень важно соблюдать условие ненабухания мембраны в паре, в противном случае размер пор будет изменяться, что приведет к ошибкам в определении размеров пор. Таким образом, сродство между паром и полимером должно быть очень незначительным; кроме того, метод требует точного поддержания давления паров во всем их возможном диапазоне. Данный метод чувствителен к выбору органического пара и по другой причине, связанной с зависимостью толщины 2-слоя (адсорбционного мономолекулярного слоя) от природы применяемого пара. Для правильной интерпретации результатов необходимо измерять или рассчитывать толщину t-слоя. В течение эксперимента не должно существовать разности давления по обе стороны мембраны и транспорт газа осуществляется только вследствие диффузии. Измеряют поток одного из двух не конденсирующихся газов (например, кислорода, что может быть выполнено с помощью кислород-селективного электрода).
Принцип метода схематически проиллюстрирован рис. IV-21. При относительном давлении рг (рг = р/р°), равном единице, все поры пористой мембраны, ультрафильтрационной или микрофильтрацион-ной, заполнены жидкостью, при этом не происходит переноса газа через мембрану. При понижении относительного давления сконденсированный газ удаляется из наиболее крупных пор, в соответствии с законом Кельвина (уравнение IV-6), что позволяет измерять диффузионный поток газа через открывающиеся поры. При дальнейшем понижении относительного давления более мелкие поры становятся доступными для диффузии газа. При понижении относительного да-
02.
мл
it ill НИШ
Si, lilil
щ J Г:1 pjnragf eg
11 iUfi
о<рго
Транспорт во всех порах
[2 пустые поры Ц заполненные поры
Щ матрица мембраны Рис. IV-21. Принцип пермопорометрии [8].
вления до нуля открываются все поры мембраны и вся совокупность пор участвует в транспорте газа.
Вследствие того, что некоторый радиус поры (кельвиновский радиус г*!) связан с определенным давлением пара (уравнение IV-6), измерение потока газа дает информацию о числе пор данного размера. Выполнение эксперимента с варьированием давления позволяет оценить распределение пор по размерам.
На рис. IV-22 в качестве примера приведены распределения пор по размерам в асимметричной мембране из полифениленоксида (ПФО), полученные различными методами: адсорбции — десорбции газа, тер-мопорометрии и пермопорометрии. Данная мембрана имеет узкое распределение пор по размерам, что довольно необычно для полимерных мембран, получаемых методом инверсии фаз. Наличие такого узкого распределения по размерам доказано всеми тремя методами. Кроме
dV
dr
A)
2
или
dJ
dr
1
1
2
Рис. IV-22. Распределения пор по размерам для мембраны на основе ПФО, полученные с помощью методов адсорбции — десорбции газа (1), термопорометрии (2) и пермопорометрии (3).
того, совпадение результатов всех методов вполне разумно, причем пермопорометрия дает наиболее высокие значения радиусов пор, а адсорбция — десорбция газа — наиболее низкие. Следует помнить, что метод пермопорометрии позволяет измерять только активные поры, в то время как методы адсорбции — десорбции и термопорометрии — активные, тупиковые и даже поры небольшого диаметра в подложке.
В заключение отметим, что в экспериментальном отношении метод пермопорометрии более сложен по сравнению с другими методами определения характеристик мембран, обсужденными ранее. Главная проблема метода состоит в поддержании одинакового давления пара по обе стороны мембраны, так что необходимо некоторое время для достижения термодинамического равновесия. Преимуществом метода пермопорометрии является то, что с его помощью можно получать характеристики только активных пор*.
•Сравнительно новым и малоизвестным методом является метод эталонной порометрии, который позволяет измерять параметры пористой структуры мембран (преимущественно микрофильтрационных) с помощью специальных тест-образцов (эталонов) с известной заранее пористой структурой. В состоянии капиллярного равновесия ограниченного количества смачивающей жидкости в прижатых друг к другу пористых образцах (эталонного и исследуемого) она распределяется между ними в соответствии с их текстурой. Измеряя относительное содержание жидкости в обоих образцах, можно с учетом известной программы (т. е. кривой распределения пор по размерам) тест-образца найти программу исследуемого образца. Метод позволяет определять распределение пор по размерам в диапазоне 10 — 106А. Подробнее см. [1*]. — Прим. ред.
