Обработка мембран со смешанными матрицами на основе полиимидов в сверхкритическом CO2 для улучшения их газотранспортных свойств

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе получены мембраны со смешанными матрицами (МСМ) на основе полиимидов, синтезированных из смеси изомеров диэтилтолуилендиамина (DETDA) идиангидридов BPDA и 6FDA, посредством введения металлоорганических каркасных соединений ZIF-8 и ZIF-67 в концентрации до 20 мас. % в растворе хлороформа. Синтез исходных полиимидов проводили методом одностадийной высоко температурной каталитической поликонденсации в расплаве бензойной кислоты. Исследуемые МСМ подвергались обработке в ск-СО2 с последующей декомпрессией. Изучены газотранспортные и газоселективные свойства исходных и модифицированных мембран. Получены экспериментальные значения эффективных коэффициентов проницаемости и диффузии газов для He, H2, O2, N2, CO2, CH4, а также рассчитаны эффективные коэффициенты растворимости данных газов. Найдено, что обработка в ск-СО2 исследуемых МСМ позволяет значительно повысить уровень газопроницаемости мембран при селективности газов на уровне исходных значений при этом достигнутый эффект изменения проницаемости мембран зависит от газа, природы матрицы и концентрации вводимых частиц. Установлено, что эффект обработки сохраняется со временем при некотором снижении проницаемости газов, которая при этом остается на уровне, значительно превышающем исходные показатели.

Продемонстрированный эффект улучшения газотранспортных свойств при обработке МСМ на основе полиимидных матриц 6FDA-DETDA и BPDA-DETDA в ск-СО2 может быть использован для дальнейшего применения предложенного метода модификации с целью повышения газопереноса через МСМ на основе других полимеров, в том числе и высокопроницаемых.

Об авторах

Д. А. А. Сырцова

Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук

Email: alentiev@ips.ac.ru
Россия, Ленинский проспект, д. 29, Москва, 119991

А. Ю. Алентьев

Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: alentiev@ips.ac.ru
Россия, Ленинский проспект, д. 29, Москва, 119991

А. Ю. Николаев

Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки. Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук

Email: alentiev@ips.ac.ru
Россия, ул. Вавилова, д. 28, Москва, 119991

Д. А. Клетнов

Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки. Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук

Email: alentiev@ips.ac.ru
Россия, ул. Вавилова, д. 28, Москва, 119991

Д. А. Чистякова

Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки. Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова Российской академии наук

Email: alentiev@ips.ac.ru
Россия, Профсоюзная улица, Москва, 717393

Р. Ю. Никифоров

Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук

Email: alentiev@ips.ac.ru
Россия, Ленинский проспект, д. 29, Москва, 119991

В. Е. Рыжих

Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук

Email: alentiev@ips.ac.ru
Россия, Ленинский проспект, д. 29, Москва, 119991

Н. А. Белов

Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук

Email: alentiev@ips.ac.ru
Россия, Ленинский проспект, д. 29, Москва, 119991

R. Sabouri

Istanbul Technical University

Email: alentiev@ips.ac.ru
Турция, 34469 Maslak – İstanbul, ITU Ayazağa Campus

M. Demirci

Istanbul Technical University

Email: alentiev@ips.ac.ru
Турция, 34469 Maslak – İstanbul, ITU Ayazağa Campus

C. Yildirim

Istanbul Technical University

Email: alentiev@ips.ac.ru
Турция, 34469 Maslak – İstanbul, ITU Ayazağa Campus

S. B. Tantekin-Ersolmaz

Istanbul Technical University

Email: alentiev@ips.ac.ru
Турция, 34469 Maslak – İstanbul, ITU Ayazağa Campus

Список литературы

  1. AlentievA. Y., RyzhikhV. E., SyrtsovaD. A., Belov N.A. // Uspekhikhimii 2023. V. 92. № 6. P. RCR5083.
  2. Tressaud A., Durand E., Labrugère C., Kharitonov A.P., Kharitonova L.N. // Journal of Fluorine Chemistry 2007. V. 128. № 4. P. 378–391.
  3. Peyroux J., Dubois M., Tomasella E., Batisse N., Kharitonov A. P., Flahaut D., Romana L., Thomas P. // Surface and Coatings Technology 2016. V. 292. P. 144–154.
  4. Ma X., Li K., Zhu Z., Dong H., Lv J., Wang Y., Pinnau I., Li J., Chen B., Han Y. // J. Mater. Chem. A 2021. V. 9. № 34. P. 18313–18322.
  5. Fourche G. // Polym. Eng. Sci. 1995. V. 35. № 12. P. 968–975.
  6. Fatyeyeva K., Dahi A., Chappey C., Langevin D., Valleton J.-M., Poncin-Epaillard F., Marais S. // RSC Adv. 2014. V. 4. № 59. P. 31036–31046.
  7. Al-Jumaili A., Alancherry S., Grant D., Kumar A., Bazaka K., Jacob M. V. // Plasma Treatment of Polymeric Membranes. In Non-Thermal Plasma Technology for Polymeric Materials; Elsevier, 2019. P. 211–240.
  8. Borisov S. // Journal of Membrane Science 1997. V. 125. № 2. P. 319–329.
  9. Kim S., Lee Y. M. // Progress in Polymer Science 2015. V. 43. P. 1–32.
  10. Lee W. H., Seong J. G., Hu X., Lee Y. M. // Journal of Polymer Science 2020. V. 58. № 18. P. 2450–2466.
  11. Hu X., Lee W. H., Bae J. Y., Kim J. S., Jung J. T., Wang H. H., Park H. J., Lee Y. M. // Journal of Membrane Science 2020. V. 612. P. 118437.
  12. Dong S., Wang Z., Sheng M., Qiao Z., Wang J. // Journal of Membrane Science 2020. V. 610. P. 118221.
  13. Yave W., Peinemann K.-V., Shishatskiy S., Khotimskiy V., Chirkova M., Matson S., Litvinova E., Lecerf N. // Macromolecules 2007. V. 40. № 25. P. 8991–8998.
  14. Shishatskiy S., Makrushin V., Levin I., Merten P., Matson S., Khotimskiy V. // Polymers 2022. V. 14. № 3. P. 462.
  15. Olivieri L., Meneguzzo S., Ligi S., Saccani A., Giorgini L., Orsini A., Pettinau A., De Angelis M. G. // Journal of Membrane Science 2018. V. 555. P. 258–267.
  16. Golubev G., Bakhtin D., Makaev S., Borisov I., Volkov A. // Polymers 2021. V. 13. № 12. P. 1922.
  17. Furukawa H., Cordova K.E., O’Keeffe M., Yaghi O.M. // Science 2013. V. 341. № 6149. P. 1230444.
  18. Galizia M., Chi W.S., Smith Z.P., Merkel T.C., Baker R.W., Freeman B. D. // Macromolecules 2017. V. 50. № 20. P. 7809–7843.
  19. Gawali A., Gawali S., Jampa S. S., Sinha M. K., Pandya J., Shinde S., Khuntia S. // AQUA — Water Infrastructure, Ecosystems and Society 2023. P. jws2023102.
  20. Sorribas S., Zornoza B., Téllez C., Coronas J. // Procedia Engineering 2012. V. 44. P. 136–139.
  21. Díaz K., Garrido L., López-González M., Del Castillo L.F., Riande E. // Macromolecules 2010. V. 43. № 1. P. 316–325.
  22. Bushell A. F., Attfield M. P., Mason C. R., Budd P.M., Yampolskii Y., Starannikova L., Rebrov A., Bazzarelli F., Bernardo P., Carolus Jansen J., Lanč M., Friess K., Shantarovich V., Gustov V., Isaeva V. // Journal of Membrane Science 2013. V. 427. P. 48–62.
  23. Alkandari S.H., Lightfoot J., Castro-Dominguez B. // RSC Adv. 2023. V. 13. № 21. P. 14198–14209.
  24. Moral G., Ortiz A., Gorri D., Ortiz I. // International Journal of Hydrogen Energy 2023. P. S0360319923015355.
  25. Ordoñez Ma. J.C., Balkus K.J., Ferraris J.P., Musselman I.H. // Journal of Membrane Science 2010. V. 361. № 1–2. P. 28–37.
  26. Song Q., Nataraj S.K., Roussenova M.V., Tan J.C., Hughes D.J., Li W., Bourgoin P., Alam M.A., Cheetham A.K., Al-Muhtaseb S.A., Sivaniah E. // Energy Environ. Sci. 2012. V. 5. № 8. P. 8359.
  27. Nafisi V., Hägg M.-B. // Separation and Purification Technology 2014. V. 128. P. 31–38.
  28. Dai Y., Johnson J. R., Karvan O., Sholl D.S., Koros W.J. // Journal of Membrane Science 2012. V. 401–402. P. 76–82.
  29. Budd P., McKeown N., Ghanem B., Msayib K., Fritsch D., Starannikova L., Belov N., Sanfirova O., Yampolskii Y., Shantarovich V. // Journal of Membrane Science 2008. V. 325. №2 P. 851–860.
  30. Ahmad M.Z., Izak P., Fila V. // Journal of Environmental Chemical Engineering 2022. V. 10. № 6. P. 108611.
  31. Basu S., Cano-Odena A., Vankelecom I. F. J. // Separation and Purification Technology 2011. V. 81. № 1. P. 31–40.
  32. Kratochvil A.M., Damle-Mogri S., Koros W.J. // Macromolecules 2009. V. 42. № 15. P. 5670–5675.
  33. Scholes C., Kanehashi S. // Membranes 2019. V. 9. № 3. P. 41.
  34. Sanders D.F., Smith Z.P., Guo R., Robeson L.M., McGrath J.E., Paul D.R., Freeman B.D. // Polymer 2013. V. 54. № 18. P. 4729–4761.
  35. Scholes C.A., Kanehashi S. // Journal of Membrane Science 2018. V. 566. P. 239–248.
  36. Belov N.A., Alentiev A. Yu., Ronova I.A., Sinitsyna O.V., Nikolaev A. Yu., Zharov A.A. // J. Appl. Polym. Sci. 2016. V. 133. № 14. P. 43105.
  37. Shantarovich V.P., Bekeshev V.G., Belov N.A., Ronova I.A., Nikolaev A.Yu., Gustov V.W., Kevdina I.B., Filimonov M.K. // High Energy Chem 2016. V. 50. № 4. P. 287–291.
  38. Ronova I.A., Belov N.A., Alentiev A.Yu., Nikolaev A.Yu., Chirkov S.V. // Struct Chem 2018. V. 29. № 2. P. 457–466.
  39. Алентьев А.Ю., Чирков С.В., Никифоров Р. Ю., Белов Н. А., Орлова А. М., Кузнецов А. А., Кечекьян А. С., Кечекьян П.А. // Мембраны и Мембранные технологии. V. 12. № 3. P. .
  40. Ronova I. A., Alentiev A. Y., Chisca S., Sava I., Bruma M., Nikolaev A. Y., Belov N. A., Buzin M. I. // Struct Chem 2014. P. ??
  41. Alentiev A.Yu., Belov N.A., Chirkov S.V., Yampolskii Yu.P. // Journal of Membrane Science 2018. V. 547. P. 99–109.
  42. Starannikova L.E., Alentiev A.Yu., Nikiforov R.Yu., Ponomarev I.I., Blagodatskikh I.V., Nikolaev A.Yu., Shantarovich V.P., Yampolskii Yu.P. // Polymer 2021. V. 212. P. 123271.
  43. Kuznetsov A.A., Tsegelskaya A.Y., Orlova A.M., Belov N.A., Chirkov S.V., Nikiforov R.Y., Alentiev A.Y. // Membranes and Membrane Technologies 2019. V. 1. № 5. P. 316–322.
  44. Pan Y., Liu Y., Zeng G., Zhao L., Lai Z. // Chem. Commun. 2011. V. 47. № 7. P. 2071.
  45. Xia W., Zhu J., Guo W., An L., Xia D., Zou R. // J. Mater. Chem. A 2014. V. 2. № 30. P. 11606–11613.
  46. Dlamini D. S., Li J., Mamba B. B. // Applied Clay Science 2019. V. 168. P. 21–30.
  47. Archana K., Pillai N. G., Rhee K. Y., Asif A. // Composites Part B: Engineering 2019. V. 158. P. 384–389.
  48. Mor J., Utpalla P., Bahadur J., Sen D., Sharma S.K. // Microporous and Mesoporous Materials 2023. V. 348. P. 112389.
  49. Phan A., Doonan C.J., Uribe-Romo F.J., Knobler C.B., O’Keeffe M., Yaghi O. M. // Acc. Chem. Res. 2010. V. 43. № 1. P. 58–67.
  50. Makrushin V., Kossov A., Polevaya V., Levin I., Bezgin D., Syrtsova D., Matson S. // Polymers 2023. V. 15. № 9. P. 2172.
  51. Syrtsova D., Piskarev M., Zinoviev A., Кuznetsov A., Skryleva E., Gilman A., Теplyakov V. // J of Applied Polymer Sci 2022. V. 139. № 41. P. e52821.
  52. Wang Z., Luo Y., Zheng F., Zhang N., Yin C., Li J., He C., Peng X., Huang Z., Fang P. // Surface & Interface Analysis 2018. V. 50. № 8. P. 819–826.
  53. Sridhar S., Veerapur R.S., Patil M.B., Gudasi K.B., Aminabhavi T.M. // J. Appl. Polym. Sci. 2007. V. 106. № 3. P. 1585–1594.
  54. Donohue M.D., Minhas B.S., Lee S.Y. // Journal of Membrane Science 1989. V. 42. № 3. P. 197–214.
  55. Yeom C.K., Lee S.H., Lee J.M. // J. Appl. Polym. Sci. 2000. V. 78. № 1. P. 179–189.
  56. Falbo F., Tasselli F., Brunetti A., Drioli E., Barbieri G. // Braz. J. Chem. Eng. 2014. V. 31. № 4. P. 1023–1034.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024