О нас
Новости
Исследования
Сотрудники
Публикации
Патенты
Сотрудничество
Контакты
Ссылки
ИНХС РАН
 

Rambler's Top100
Создание нового поколения асимметричных фильтрационных мембран из полиакрилонитрила последовательным формированием пористой структуры подложечного и селективного слоя

Руководитель проекта:
к.х.н., Юшкин Алексей Александрович

Финансирование:
Российский научный фонд (проект 18-79-10260)

Аннотация проекта:
Широкое применение в нефтяной, фармацевтической и лакокрасочной промышленности апротонных растворителей, таких как ацетон, этилацетат, ТГФ, N-метилпирролидон (МП), ДМФА и ДМСО делает актуальным создание нанофильтрационных мембран устойчивых к данным растворителям.
Большинство полимерных фильтрационных мембран представляют собой асимметричные по структуре материалы, когда тонкий селективный слой с узкими порами и макропористый подложечный слой состоят из одного и того же полимера. Такая асимметрия пористой структуры формируется в процессе инверсии фаз при контакте раствора полимера с осадителем (нерастворителем). Для обеспечения заданных разделительных характеристик мембраны вместе с хорошей механической прочностью подложечного слоя требуется проведение процесса формования мембраны при одновременном контроле многих параметров, включая состав и температуру формовочного раствора и осадительной ванны, влажность, время экспозиции и др. Так как пористая структура селективного и подложечного слоя формируется одновременно, то при очевидной технологичности (одностадийный процесс) имеются также и существенные ограничения этого подхода при направленном и контролируемом создании требуемой толщины и морфологии тонкопористого разделительного слоя, обеспечивающего ключевые функциональные свойства мембраны в целом – селективность и проницаемость.
Данный проект направлен на решение научной проблемы создания фильтрационных мембран следующего поколения путем независимого формирования пористой структуры подложечного и селективного слоя мембран с использованием одного полимерного материала. Для достижения поставленной задачи предлагается разработать научные решения, позволяющие осуществлять послойное формование мембран из одного и того же полимерного материала. Данный подход позволит задавать на каждом этапе необходимые условия для создания оптимальной пористой структуры. Решение этой задачи возможно путём создания асимметричных мембран последовательным нанесением отдельных слоёв мембраны. Так, например, метод инверсии фаз за счет контакта с осадителем (NIPS – non-solvent induced phase separation) для создания макропористой структуры подложечного слоя может быть совмещен с методом инверсии фаз за счет контакта с парами осадителя (VIPS – vapor induced phase separation) с целью получения узкого распределения пор по размерам в селективном слое ультра- или нанофильтрационных мембран. Так как на каждом этапе послойного формирования мембраны могут применяться одни и те же растворители, то актуальной задачей является возможность сохранения пористой структуры предыдущего слоя.
По сравнению с осаждением в жидком нерастворителе метод VIPS позволяет точнее контролировать условия проведения фазоинверсионного процесса за счет варьирования относительной влажности паров нерастворителя (чаще всего, воды) и, таким образом, в более мягких условиях получать требуемую тонкопористую структуру селективного слоя результирующей асимметричной двухслойной мембраны. Даже при использовании одного и того же растворителя можно независимо варьировать концентрацию полимера в формовочном растворе в методах NIPS и VIPS.
Выбор ПАН в качестве полимерного материала для реализации предложенного двухстадийного подхода формирования требуемой пористой структуры асимметричной фильтрационной мембраны основывается на полученных за последние 2 года результатах температурной модификации ИК-излучением пористых мембран из ПАН. Впервые показано, что правильный выбор режима обработки позволяет решить две ключевые задачи: 1) получить пористую мембрану, нерастворимую в том апротонном растворителе, с использованием которого готовился формовочный раствор ПАН для получения исходной пористой мембраны методом NIPS и 2) оставить без изменения пористую структуру и селективно-транспортные свойства мембраны. Эти результаты могут служить обоснованием достижимости решения поставленной в проекте задачи, так как подложечный слой, сформованный методом NIPS, будет подвергаться термообработке с использованием ИК-излучения и на поверхность этой химстойкой пористой подложки будет наноситься второй формовочный раствор ПАН с последующим формированием тонкопористой структуры методом VIPS. В рамках данной работы впервые детально будет изучен процесс получения мембран из ПАН методом VIPS. Таким образом, использование модификации получаемых мембран ИК-излучением делает возможным получение мембран, в которых различные слои получены с использованием одного полимера и одного растворителя, но с различными условиями осаждения.

Публикации по проекту:
1. A.A.Yushkin, D.S.Bakhtin, M.N.Efimov, G.P.Karpacheva, A.V.Volkov. Preparation of Polyacrylonitrile Membranes by Vapor Induced Phase Separation. Key Engineering Materials, 816 (2019) 174-179
Все права защищены © 2005-2018 Лаборатория Полимерных Мембран
Лаборатория Полимерных Мембран