авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Технология и свойства модифицированных полимерных мембранных материалов на основе ацетатов целлюлозы

-- [ Страница 3 ] --

В частности, установлено, что на поверхности твердых частиц за счет адсорбции части макромолекул полимера образуется полимерная пленка со своей надмолекулярной структурой. Эти полимерные пограничные слои на частицах твердого наполнителя отчетливо видны на микрофотографии поперечного сечения образца (рис. 11).

Сроки службы мембран сильно зависят от прочностных характеристик фильтрационного материала и подложки, на которую он отлит.

Прочностные испытания изделий проводились на разрывной машине по гостированной методике. В результате испытаний определялось разрушающее напряжение при растяжении р.

Анализ полученных результатов показал, что прочность исследованных образцов сильнее всего зависит от концентрации полимера и твердого наполнителя, степени модифицирования ДАЦ, а также от материала несущей композиционной подложки. Проведен анализ причин снижения прочности мембранных изделий при введении в них твердого наполнителя.

После изготовления полимерные мембраны хранятся и транспортируются в сухом состоянии. Однако во время эксплуатации они контактируют с водными растворами, набухают в воде, что может приводить к корректировке их структуры и свойств. Поэтому было проведено исследование процесса набухания в водной среде мембранных материалов из ДАЦ. Опыты проводились на образцах с размерами 1010 мм по методике, изложенной в главе 2.

Анализ кинетических кривых набухания полученных фильтрационных материалов показал, что все исследованные образцы подвержены набуханию в воде, приводящему к изменению их веса и объема. Это подтверждает наличие в изделиях пористости, зафиксированной порометрическими исследованиями, а также говорит о взаимодействии макромолекул ацетатов целлюлозы с молекулами воды. Влияние модифицирования проявляется в снижении скорости набухания образцов с ростом концентрации полимера в растворе, увеличении степени набухания материалов, изготовленных из модифицированного ДАЦ, большей набухаемости изделий, отлитых из растворов с порообразователями, росте степени набухания образцов, содержащих большее количество твердого наполнителя.

Сравнительный анализ порометрических данных и кривых набухания показал, что степень набухания в конце наиболее крутого участка кинетических кривых, который соответствует стадии адсорбции воды в порах надмолекулярных структур полимера, хорошо коррелирует с величиной общей пористости изделий.

Разработанные мембраны протестированы путем исследования проницаемости и селективности в процессе фильтрации многокомпонентной жидкой смеси, в качестве которой использовалась молочная сыворотка, очищенная от жировых включений в поле центробежных сил. Задерживающая способность (селективность) мембран определялась по сывороточному белку, радиус частиц которого находился в диапазоне 15100 нм, а проницаемость – по удельной производительности мембран G. Погрешность определения G и не превышала 5%.

Результаты тестирования мембран приведены на рис. 12.

Анализ полученных результатов показал, что:

  • рост концентрации полимера в растворе приводит к падению производительности мембран, что объясняется снижением их пористости. Проницаемость мембран по сыворотке значительно ниже, чем по воде. Это, видимо, связано с блокировкой пор мембраны белковыми фракциями. Селективность мембран, изготовленных из растворов ДАЦ-ацетон, составляет 60-70%. Такая сравнительно невысокая селективность объясняется наличием
а б в
г д
Рис. 12. Зависимости удельной производительности (G) и задерживающей способности () от концентрации в формовочной смеси: а) полимера; б) этилового спирта; в) воды; г) паров смеси воды-ДМСО; д) твердого наполнителя (1, 2-85 мкм, 11, 22-160 мкм): 1 – удельная производительность по сыворотке; 2 – селективность по белку;
3 – удельная производительность по воде

в данных мембранах пор с радиусами >100 нм (рис. 7). Так как диапазон радиусов частиц сывороточных белков составляет 15100 нм, то часть частиц с малыми размерами проходит через крупные поры, снижая тем самым величину задерживающей способности мембран;

  • с ростом концентрации порообразователей в растворе проницаемость мембран увеличивается, что связано с ростом их пористости. Характеризующий селективность параметр также зависит от концентрации порообразователей в растворе, причем эта зависимость имеет экстремальный характер. Максимальные значения достигают величин 0,8 и связаны с тем, что рассматриваемые мембраны не содержат поры с радиусами >100 нм. Поэтому бльшая часть фракций белка задерживается мембраной;
  • модифицирование исходного полимерного сырья парами специфических жидкостей увеличивает пористость и проницаемость получаемых из такого сырья мембран. Селективность мембран из модифицированного сырья достигает 85%, что дает основание рекомендовать их для выделения из растворов веществ с молекулярной массой более 10 КДа, в частности для ультрафильтрации вторичного молочного сырья;
  • проницаемость полимерных мембран с твердым наполнителем увеличивается с повышением концентрации твердых частиц, что объясняется увеличением их пористости. Селективность по белку наполненных мембран находится на уровне 65-75%, что связано с наличием в них достаточно большого числа пор с радиусами больше 100 нм. Поэтому мембраны данного типа могут быть рекомендованы для выделения высокомолекулярных веществ (пектины, пигменты, бактерии).

Результаты исследований структуры модифицированных пористых материалов использованы также для разработки математической модели баромембранной фильтрации многокомпонентных жидких смесей, включающей перенос ионов, адсорбированных в капиллярных порах мембран. Сравнение результатов математического моделирования и опытных данных показало их удовлетворительное согласование.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложен и реализован комплексный подход к регулированию структуры и свойств фильтрационных мембранных материалов на основе ацетатов целлюлозы, основанный на проведении модифицирования полимерного сырья и формовочных растворов.

2. Выявлены особенности кинетики модифицирования диацетатов целлюлозы парами водноорганических смесей. Установлено, что максимальная степень набухания, значения скорости и константы набухания полимера на различных участках кинетических кривых зависят от состава модифицирующих смесей. Показана связь отдельных стадий набухания полимера с происходящими в нем адсорбционными, диффузионными и конформационными изменениями.

3. Разработаны новые составы полимерных формовочных смесей, защищенные патентом на изобретение. Реологическими и оптическими методами исследованы структура и свойства полимерных растворов и гетерогенных формовочных смесей. Выявлено влияние модифицирования ДАЦ, включения в полимерные растворы различных порообразователей и твердых наполнителей на вязкость, размеры и количество микрогелевых частиц.

4. Выявлены технологические особенности процесса формования мембранных материалов из модифицированных полимерных растворов и гетерогенных смесей. Опираясь на результаты исследования структуры формовочных смесей, проанализирован фазоинверсионный процесс перехода золя в гель. Выделены основные стадии, а также предложены модели этого процесса для ненаполненных и наполненных формовочных смесей.

5. Получены образцы новых мембранных материалов и мембран из формовочных смесей с различными составом и свойствами. С использованием оптической и электронной микроскопии, объемно-весового, адсорбционно-структурного и метода эталонной контактной порометрии определены их структурные характеристики в зависимости от состава формовочных растворов и степени модифицирования полимерного сырья. Результаты структурных исследований позволили разработать технологические основы изготовления фильтрационных мембран из ДАЦ с заданной пористостью и распределением пор по размерам.

6. Разработанные мембраны протестированы при исследовании процесса фильтрации многокомпонентного раствора (молочной сыворотки). Выявлены зависимости проницаемости и селективности мембран от модифицирующих факторов и определены области их применения в фильтрационных процессах.

7. Полученные результаты использованы для разработки математической модели баромембранной фильтрации жидких смесей. Проведенное математическое моделирование и сравнение его результатов с опытными данными подтвердили достоверность характеристик разработанных мембран.

Основные положения и результаты диссертационной работы изложены
в следующих публикациях:

1. Потехина Л.Н. Реологические и оптические свойства полимерных растворов для изготовления фильтрационных мембран / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Известия вузов. Химия и химическая технология. – 2011. – Т. 54, № 5. – C. 76-78.

2. Потехина Л.Н. Реологические, оптические и структурные свойства растворов диацетатов целлюлозы для формования полупроницаемых мембран / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Известия Волгоградского государственного технического университета. – 2011. – № 2 (75). – C. 170-173.

3. Потехина Л.Н. Технология и свойства ультрафильтрационных мембран на основе модифицированных ацетатов целлюлозы / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2011. – №1 (52). Вып. 1. – C. 109-115.

4. Потехина Л.Н. Физико-химическая модификация ацетатов целлюлозы для получения фильтрационных полупроницаемых полимерных мембран/ Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. – 2010. – № 11(35). – C. 26-31.

5. Положительное решение по заявке на изобретение 2010106591 от 24.02.2010. Смесь для формования ацетатцеллюлозной ультрафильтрационной мембраны (варианты) / Седелкин В.М., Потехина Л.Н.

6. Potehina L.N. Mechanism of ions Ca2+ and Cl- transfer in a system multicomponent flowsolution-porous polymeric membrane / L.N. Potehina, V.M. Sedelkin // Ion transport in organic and inorganic membranes: Book of Abstracts International Conference, Krasnodar, 11-16 May 2009. – P. 192-194.

7. Потехина Л.Н. Разработка нанотехнологий для извлечения и фракционирования белков из вторичного молочного сырья / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых: в 2 т. Т. 1. Саратов, 15-16 сент. 2009 г. – Саратов: СГТУ, 2009. – C. 277-280.

8. Потехина Л.Н. Реологические и оптические свойства полимерных растворов для изготовления фильтрационных мембран / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Физикохимия процессов переработки полимеров: тез. докл. IV Всерос. науч. конф. (с междунар. участием),  г. Иваново, 5-8 окт. 2009 г. – Иваново, 2009. – C.169.

9. Potehina L.N. Investigation of porous structure of polymeric filtration membranes / L.N. Potehina, V.M. Sedelkin // Modern problems of polymer science : Abstract Book 5th Saint-Petersburg Young Scientists Conference, Saint-Petersburg, 19-22 October 2009. – Saint-Petersburg, 2009. – P. 52.

10. Потехина Л.Н. Электрохимические аспекты процесса фильтрации молочной сыворотки на наномембранах / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Нанотехнологии и наноматериалы: материалы Междунар. науч.-техн. конф. – М.: Изд-во МГОУ, 2009. – С. 295-298. ISBN 975-5-7045-0924-0.

11. Потехина Л.Н. Моделирование процессов переноса ионов Ca2+ и Сl- в порах полимерных наномембран / Л.Н. Потехина // НАНОИНЖЕНЕРИЯ – 2009: сб. тр. второй Всерос. школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. – С. 265-269. ISBN 978-5-7038-3338-4.

12. Потехина Л.Н. Высокоэффективные полимерные фильтрационные наномембраны для разделения вторичного молочного сырья / Л.Н.Потехина, В.М. Седелкин // Пятый саратовский салон изобретений, инноваций и инвестиций: в 2 ч.: сб. Ч. 1. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. – С. 10-11. ISBN 978-5-7433-2205-3.

13. Потехина Л.Н. Исследование эксплуатационных характеристик композиционных ацетатцеллюлозных наномембран / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология: докл. Междунар. конф. «Композит-2010». – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. – С. 317-319.

14. Потехина Л.Н. Разработка композиционных наномембран, наполненных термообработанными отходами обмолота проса / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология: докл. Междунар. конф. «Композит-2010». – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. – С. 319-321.

15. Потехина Л.Н. Полимерные наноматериалы для разделения многокомпонентных растворов / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Труды III Всерос. школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Наноматериалы»: сб. Т. II. – Рязань: РГРТУ, 2010. – С. 142-146.

16. Потехина Л.Н. Полимерные наноматериалы в переработке вторичного молочного сырья / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Наноинженерия – 2010: сб. тр. третьей Всерос. школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – С. 106-110. ISBN 978-5-7038-3453-4.

17. Потехина Л.Н. Модель процессов мембранной фильтрации многокомпонентных жидких смесей / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-23: сб. тр. XXII Междунар. науч. конф.: в 12 т. Т.8. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. – С. 158-159.

18. Потехина Л.Н. Модификация полимеров, используемых для изготовления фильтрационных мембран, парами мезофазогенных растворителей / Л.Н. Потехина // Проведение научных исследований в области синтеза, свойств и переработки высокомолекулярных соединений, а также воздействия физических полей на протекание химических реакций: сб. материалов Всерос. конф. с элементами науч. школы для молодежи. – Казань: КГТУ, 2010. – С.125.

19. Potehina L.N. Ion-selective indicators based on polymeric membranes / L.N. Potehina, V.M. Sedelkin // Ion transport in organic and inorganic membranes: Proceedings International Conference, Krasnodar, 7-12 June 2010. – Krasnodar, 2010. – P. 167-168.

20. Потехина Л.Н. Структура и свойства полимерных ацетатцеллюлозных мембран для разделения многокомпонентных жидких смесей /Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Полимеры – 2010: материалы V Всерос. Каргинской конф.,  г. Москва, 21-25 июня 2010 г. – М.: МГУ, 2010. – C. 85.

21. Потехина Л.Н. Исследование процессов переноса ионов в порах полупроницаемых полимерных мембран при фильтрации многокомпонентных растворов / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах ФАГРАН-2010: материалы V Всерос. конф.: в 2 т. г. Воронеж, 3-8 октября 2010 г. – Воронеж: Научная книга, 2010. – Т.2. – С. 786-788.

22. Потехина Л.Н. Модификация полимерных наномембран, используемых для фракционирования пищевого сырья / Л.Н. Потехина // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых: в 2 т. Саратов. 26-29 октября 2010 г. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. – Т.2. C.38-39.

23. Potehina L.N. Evaluation of physicochemical properties of nanomembranes for separating secondary diary raw materials / L.N. Potehina, O.V. Pachina // Membrane and Sorption Processes and Technologies: Abstracts International scientific conference, Ukraine, Kyiv, 20-22 April, 2010. Kyiv: Nauka, 2010. – P.43.

24. Потехина Л.Н. Физико-химическая модификация ацетатов целлюлозы для получения фильтрационных полупроницаемых полимерных мембран / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Наукоемкие химические технологии-2010: тез. докл. XIII Междунар. науч.-техн. конф., г. Иваново, 29 июня-2 июля 2010 г. – Иваново, 2010. – C. 438.

25. Потехина Л.Н. Модификация ацетатов целлюлозы парами мезофазогенных растворителей с целью управления структурой полимерных наномембран / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Прикладные аспекты химической технологии полимерных материалов и наносистем («Полимер-2010»): тез. докл. и докл. IV Всерос. науч.-практ. конф., г. Бийск, 17-19 июня 2010 г. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. – C. 151-153.

26. Потехина Л.Н. Механизм переноса ионов в порах полупроницаемых полимерных мембран-сенсоров / Л.Н. Потехина, В.М. Седелкин // Мембраны – 2010: тез. докл. Всерос. науч. конф. Ч. 2. г. Москва, 4-8 окт. 2010 г. – М., 2010. – C. 162-163.

Подписано в печать 25.07.11 Формат 6084 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,16 (1,25) Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 202 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Тел.: 24-95-70; 99-87-39, е-mail: izdat@sstu.ru


1 Измерения выполнены в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН под руководством д.х.н. Вольфковича Ю.М.



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.