Method of Liquid-Phase Fluorination of Polymers to Increase the Selectivity of the Air Separation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The one-sided modification of homogeneous polymer films of polyvinyltrimethylsilane (PVTMS), poly(2,6-dimethylphenyl-1,4 oxide) (PPO), and polybenzodioxane (PIM-1) was carried out by liquid-phase fluorination method using a fluorine-nitrogen mixture in perfluorodecalin. The fluorination time ranged from 10 to 60 min. For PPO films the amorphous and β-nanocrystalline phase (48%) was found by X-ray diffraction analysis of the original films. It was shown that fluorination does not significantly affect the degree of PPO crystallinity. The effect of fluorination time on the effective coefficients of permeability, diffusion, and solubility of oxygen and nitrogen has been studied. It was found that the fluorination leads to a decrease in both effective diffusion coefficients and effective gas solubility coefficients, while the resulting increase in permeability selectivity ranged from 30% for PVTMS to a 2 times increase in the case of PPO and PIM-1. It has been noted that this improvement in permeability selectivity is achieved mainly by the solubility selectivity increasing. The permeability of O2/N2 mixture for original and modified films was studied. It was found that the achieved values of the separation factors are close to the ideal selectivity. The results obtained demonstrate the possibility of effective application of the liquid-phase modification method not only for the homogeneous polymer films of the studied polymers treatment, but also for membranes with a selective non-porous layer based on them.

About the authors

D. A. Syrtsova

Institute of Petrochemical Synthesis. A.V. Topchiev Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninsky prosp., 29

A. Yu. Alentiev

Institute of Petrochemical Synthesis. A.V. Topchiev Russian Academy of Sciences

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninsky prosp., 29

S. V. Chirkov

Institute of Petrochemical Synthesis. A.V. Topchiev Russian Academy of Sciences

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninsky prosp., 29

D. A. Bezgin

Institute of Petrochemical Synthesis. A.V. Topchiev Russian Academy of Sciences

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninsky prosp., 29

R. Yu. Nikiforov

Institute of Petrochemical Synthesis. A.V. Topchiev Russian Academy of Sciences

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninsky prosp., 29

I. A. Levin

Institute of Petrochemical Synthesis. A.V. Topchiev Russian Academy of Sciences

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninsky prosp., 29

N. A. Belov

Institute of Petrochemical Synthesis. A.V. Topchiev Russian Academy of Sciences

Email: syrtsova@ips.ac.ru
Russia, 119991, Moscow, Leninsky prosp., 29

References

  1. Membrane technology and applications // Richard W. Baker. 3rd ed. 1. Membranes (Technology) 583 p.
  2. Chong K.C., Lai O., Thiam S., Teoh C., Heng L. // J. Engineering Science and Technology. 2016. V. 11. № 7. P. 1016.
  3. Thomas S., Pinnau I., Du N., Guiver M.D. // J. Membrane Science. 2009. V. 333(1–2). P. 125.
  4. https://www.separel.com/en/about/.
  5. https://www.generon.com/product_type/membrane-modules/.
  6. https://www.parker.com/Literature/Hiross%20Zander %20Division/PDF%20Files/PIS/K3.1.333_Technology_ overview_membrane_modules_for_nitrogen_and_oxygen_systems_EN.pdf.
  7. https://www.membrane-separation.com/en/nitrogen-generation-with-sepuran-n2/product-overview.
  8. https://www.ube.com/contents/en/chemical/separation/n2_separator.html.
  9. https://www.biogeneral.com/teflon-af/.
  10. http://www.airproducts.ru/supply-modes/prism-membranes.
  11. Pinnau I., Koros W.J. // J. Appl. Polym. Sci. 1991. V. 43. P. 1491.
  12. Shishatskiy S., Nistor C., Popa M., Pereira Nunes S., Peinemann K.V. // Adv. Eng. Mater. 2006. V. 8. № 5. P. 390.
  13. Zhang Y., Musselman I.H., Ferraris J.P., Balkus K.J., Jr. // J. Membrane. Sci. 2008. V. 313. P. 170.
  14. Budd P.M., McKeown N.B., Ghanem B.S., Msayib K.J., Fritsch D., Starannikova L., Belov N., Sanfirova O., Yampolskii Y., Shantarovich V. // J. Membrane. Sci. 2008. V. 325. P. 851.
  15. Lopez C., Wilkes G.L., Stricklen P.M., White S.A. // J. Macromolecular Science, Part C. 1992. P. 301.
  16. Тепляков В.В., Дургарьян С.Г. // Высокомолекулярные соединения. 1984. Т. 26. № 7. С. 1498.
  17. Wright T., Paul D.R. // J. Appl. Polym. Sci. 1998. V. 67. P. 875.
  18. Polotskaya G.A., Agranova S.A., Gazdina N.V., Kuznetsov Yu.P., Nesterov V.V. // J. Appl. Polymer Science. 1996. V. 62. P. 2215.
  19. Song K.W., Ka K.R., Kim C.K. // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2010. V. 49. P. 6587.
  20. Tong H., Hu C., Yang S., Ma Y., Guo H., Fan L. // Polymer. 2015. V. 69. P. 138.
  21. Luo S., Liu Q., Zhang B., Wiegand J.R., Freeman B.D., Guo R. // J. Membrane Sci. 2015. V. 480. P. 20.
  22. Sterescu D.M., Stamatialis D.F., Mendes E., Kruse J., Ra1tzke K., Faupel F., Wessling M. // Macromolecules. 2007. V. 40. P. 5400.
  23. Singh-Ghosal A., Koros W.J. // J. Membrane Sci. 2000. V. 174. P. 177.
  24. Pinnau I., Koros W.J. // Ind. Eng. Chem. Res. 1991. P. 30.
  25. Niwa M., Kawakami H., Nagaoka S., Kanamori T., Shinbo T. // J. Membrane Sci. 2000. V. 17. P. 253.
  26. Chung T.S., Teoh S.K., Hu X. // J. Membrane Sci. 1997. V. 133. P. 161.
  27. Pesek S.C., Koros W.J. // J. Membrane Sci. 1993. V. 81. P. 71.
  28. Ismail A.F., Dunkin I.R., Gallivan S.L., Shilton S.J. // Polymer. 1999. V. 40. P. 6499.
  29. Zarshenas K., Raisi A., Aroujalian A. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 19760.
  30. Lin X., Chen J., Xu J. // J. Membrane Sci. 1994. V. 90(1–2). P. 81.
  31. Matsuyama H., Teramoto M., Hirai K. // J. Membrane Sci. 1995. V. 99(2). P. 139.
  32. .Borisov S., Khotimskiy V.S., Rebrov A.I., Rykov S.V., Slovetskiy D.I., Pashunin Yu.M. // J. Membrane Sci. 1997. V. 125. P. 319.
  33. Tressaud A., Durand E., Labrugère C., Kharitonov A.P., Kharitonova L.N. // J. Fluorine Chemistry. 2007. V. 128(4). P. 378.
  34. Susanta B. Handbook of Specialty Fluorinated Polymers: Preparation, Properties, and Application // Elsevier Inc. 2015. 329 p.
  35. Peyroux J., Duboi M., Tomasella E., Batisse N., Kharitonov A.P., Flahaut D., Romana L., Thomas F. // Surface & Coatings Technology. 2016. V. 292. P. 144.
  36. Le Roux J.D., Paul D.R., Kampa J., Lagow R.J. // J. Membrane Science. 1994. V. 90(1–2). P. 21.
  37. Kharitonov A.P., Kharitonova L.N. // Pure Appl. Chem. 2009. V. 81. № 3. P. 451.
  38. Le Roux J.D., Paul D.R., Arendt M.F., Yuan Y., Cabasso I. // J. Membrane Sci. 1994. V. (1–2). P. 37.
  39. Kharitonov A.P., Moskvin Yu.L., Teplyakov V.V., Le Roux J.D. // J. Fluorine Chemistry. 1999. V. 93. P. 129.
  40. Langsam M. // Patent CA 1320804 C. 1993.
  41. Le Roux J.D., Teplyakov V.V., Paul D.R. // J. Membrane Sci. 1994. V. 90. P. 55.
  42. Langsam M., Anand M., Karwacki E.J. // Gas Separation and Purification. 1988. V. 2(4). P. 162.
  43. Kharitonov P., Taege R., Ferrier G., Teplyakov V.V., Syrtsova D.A., Koops G.-H. // J. Fluorine Chem. 2005. V. 126(2). P. 251.
  44. Сырцова Д.А. Автореферат диссертации на соискание степени к. х. н. 2001.
  45. Srobel M., Corn S., Lyons C.S., Korba G.A. // J. Polym. Sci.: Part A: Polymer Chem. 1987. V. 25. P. 1295.
  46. Das P.S., Adhikari B., Maiti S. // Macromleculare Chemie. 1991. V. 188. P. 27.
  47. Blinov I.A., Mukhortov D.A., Yampolskii Yu.P., Belov N.A., Alentiev A.Yu., Chirkov S.V., Bondarenko G.N., Kostina Yu.V., Legkov S.A., Perepuchov A.M., Kambur M.P., Kambur P.S., Kapustin V.V., Vozniuk O.N., Kurapova E.S. // J. Fluorine Chemistry. 2020. V. 234. P. 109526.
  48. Ma X., Li K., Zhu Zh., Dong H., Lv J., Wang Y., Pinnau I., Li J., Chen B., Han Y. // J. Mater. Chem. A. 2021. V. 9. P. 18 313.
  49. Fuoco A., Satilmis B., Uyar T., Monteleone M., Esposito E., Muzzi C., Tocci E., Longo M., Santo M, Lanč M., Friess K, Vopička O., Izak P., Jansen J. // J. Membrane Sci. 2019. V. 594. P. 117460.
  50. Belov N.A., Pashkevich D.S., Alentiev A.Y., Tressaud A. // Membranes. 2021. V. 11(9). P. 713.
  51. Wojdyr M. // J. Appl. Crystallogr. 2010. V. 43(5). P. 1126.
  52. Alentiev A.Yu., Levin I.S., Buzin M.I., Belov N.A., Nikiforov R.Yu., Chirkov S.V., Blagodatskikh I.V., Kechekyan A.S., Kechekyan P.A., Bekeshev V.G., Ryzhikh V.E., Yampolskii Yu.P // Polymer. 2021. V. 226. P. 123804.
  53. Nagendra B., Cozzolino A., Daniel C., Rizzo P., Guerra G., De Rosa C., D’Alterio M., Tarallo O., Nuzzo A. // Macromolecules. 2019. V. 52. P. 9646.
  54. Ruland W. // Acta Crystallographica. 1961. V. 14(11). P. 1180.
  55. Безгин Д.А., Никифоров Р.Ю., Белов Н.А., Миленин С., Ямпольский Ю.П., Музафаров А.М. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. V. 11. № 1. P. 3.
  56. Sievert A.C., Tong W.R., Nappa M.J. // J. Fluorine Chemistry. 1991. V. 53(3). P. 397.
  57. Белов Н.А., Блинов И.А., Суворов А.В., Никифоров Р.Ю., Чирков С.В., Алентьев А.Ю., Камбур М.П., Костина Ю.В., Левин И.С., Шапагин А.В., Ямпольский Ю.П. // Мембраны и мембранные технологии. 2021. Т. 11. № 2. С. 127.
  58. Назаров В.Г. // Рос. хим. журн. 2006. Т. 50. С. 77.
  59. Харитонов А.П. // Изв. Рос. Акад. наук. Энергетика. 2008. № 2. С. 149.
  60. Peyroux J., Dubois M., Tomasella E., Petit E., Flahaut D. // Appl. Surf. Sci. 2014. V. 315. P. 426.
  61. 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. 123 371.
  62. Schultz J., Peinemann K.V. // J. Membrane Science. 1996. V. 110. № 1. P. 37.
  63. Sridhar S., Veerapur R.S., Patil M.B., Gudasi K.B., Aminabhavi T.M. // J. Appl. Polymer Sci. 2007. V. 106. № 3. P. 1585.
  64. Donohue M.D., Minhas B.S., Lee S.Y. // J. Membrane Sci. 1989. V. 42. № 3. P. 197.
  65. Yeom C.K., Lee S.H., Lee J.M. // J. Appl. Polymer Science. 2000. V. 78. № 1. P. 179.
  66. Falbo F., Tasselli F., Brunetti A., Drioli E., Barbieri G. // J. Chemical Engineering. 2014. V. 31. P. 4.
  67. Robeson L.M. // J. Membrane. Sci. 2008. V. 320(1–2), 390.
  68. Comesana-Gandara B., Chen J., Bezzu C.G., Carta M., Rose I., Ferrari M.-C., Esposito E., Fuoco A., Jansen J.C., McKeown N.B. // Energy Environ. Sci. 2019. V. 12. P. 2733.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (58KB)
3.

Download (118KB)
4.

Download (103KB)
5.

Download (241KB)
6.

Download (86KB)
7.

Download (97KB)
8.

Download (92KB)
9.

Download (177KB)

Copyright (c) 2023 Д.А. Сырцова, А.Ю. Алентьев, С.В. Чирков, Д.А. Безгин, Р.Ю. Никифоров, И.С. Левин, Н.А. Белов

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».